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砷,作为一种“三致”物质(致畸、致癌、致突变),其污染的处理及防治一直是科研学者们的关注重点。吸附法是目前常见的水处理技术之一,被广泛应用于各类污染物的去除。众多吸附材料中,氧化锆能通过静电吸引和配体交换去除污染物,对As(Ⅴ)有较好的去除效果;二氧化锰有强氧化性,能改变目标污染物的价态,对As(Ⅲ)有较好的去除效果,但两者制备过程中容易发生团聚。本研究制备了以活性炭为载体的锆-锰氧化物(Zr/Mn/C)纳米复合材料,该材料既能结合无机吸附剂选择性吸附好、吸附容量大等优点,又能发挥有机载体活性炭材料比表面积大、易分离的长处,解决了无机材料制备过程中易团聚、难固液分离的问题。将该材料表征并应用于水环境中As(V)和As(Ⅲ)的去除时,研究了溶液pH值、污染物初始浓度、吸附剂投加量、共存离子等多种因素对砷去除效果的影响及吸附机理。主要成果如下:(1)采用共沉淀-水热法,成功制备了 Zr/Mn/C纳米复合材料,SEM、TEM分析结果显示,Zr-Mn氧化物颗粒成功负载且均匀分布在载体活性炭表面,且该材料为纳米材料,粒径较小,是用作吸附剂的理想尺寸材料。由XRD、拉曼图谱、BET分析结果可知,Zr/Mn/C纳米复合材料为无定型态,相较于晶体材料有更大的孔隙和更多的吸附位点,其比表面积为260.04m2/g。(2)采用单因素实验法,用作As(Ⅴ)的去除研究时发现,Zr/Mn/C纳米复合材料在pH=6.0的条件下吸附效果最好,对砷的吸附过程符合伪二级动力学模型和Langmuir吸附等温线模型,说明在吸附过程中,化学吸附占主导地位,该过程为优惠吸附过程,且整个反应容易进行。复合材料的最佳投加量为0.4g/L,在该条件下,既能保持较高去除率,又有较大的吸附容量。当目标污染物的初始浓度较高时(30mg/L),复合材料的饱和吸附容量能达到95.60mg/g;当As(Ⅴ)的初始浓度较低时(<9mg/L),吸附后的剩余浓度能达到生活饮用水标准(<10μg/L)。结合XPS、FTIR分析结果可知,吸附机理为:通过静电引力而产生的非特异性吸附,和通过配体交换而产生的特异性吸附。材料抗干扰性强,适应于环境复杂水体。由此可见,Zr/Mn/C纳米复合材料适用范围广,对As(V)有较好的吸附效果,具有良好的应用前景。(3)采用单因素实验法,用作As(Ⅲ)的去除研究时发现,Zr/Mn/C纳米复合材料在pH=10.0的条件下吸附效果最好,对砷的吸附过程符合伪二级动力学模型和Langmuir吸附等温线模型,说明在吸附过程中,化学吸附占主导地位,该过程为优惠吸附过程,且整个反应容易进行。复合材料的最佳投加量为0.4g/L,在该条件下,既能保持较高去除率,又有较大的吸附容量。当目标污染物的初始浓度较高时(30mg/L),复合材料的饱和吸附容量能达到132.28mg/g;当As(Ⅲ)的初始浓度较低时(<1mg/L),吸附后的剩余浓度能达到生活饮用水标准(<10μg/L)。结合XPS、FTIR分析结果可知,吸附机理为:通过静电引力而产生的非特异性吸附,通过配体交换和氧化还原反应而产生的特异性吸附。材料抗干扰性强,适应于环境复杂水体。由此可见,Zr/Mn/C纳米复合材料对As(Ⅲ)有较好的吸附效果,吸附容量大,具有良好的应用前景。