载锰铜氧化物空心球对水中As(Ⅲ)的吸附性能及机理研究

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近年来,由于人们的生活方式和生产活动随着经济增长发生较大改变,导致水体中砷超标的情况越来越严峻。水环境中砷污染主要以无机砷为主,其去除方法除了离子交换法和膜分离法外,吸附法、化学沉淀法和电絮凝法也被广泛应用。吸附法由于操作简便高效得到了较好的推崇,而开发出一种新型的吸附容量高、稳定好的吸附剂尤为重要。本论文以砷(As)作为目标污染物,制备出载锰铜氧化物空心球材料并对目标污染物进行吸附去除研究,旨在制备具有良好吸附性能的载锰铜氧化物空心球材料,构建吸附体系,并在此基础上,分析吸附过程的影响因素,探究吸附去除污染物的机理,为砷污染源水的修复、治理提供新思路。主要研究结论如下:(1)用低温液相法制备出铜氧化物空心小球,在其表面负载一层锰氧化物。通过优化制备条件,筛选出铜锰摩尔比为7:1,材料pH值为7的载锰铜氧化物空心球(Mn-oxide-coated Cu Oxides Hollow Spheres,MCOHS)。通过SEM、TEM、XRD、XPS、FT-IR、Zeta电位等表征手段,观察了MCOHS吸附剂的表面形貌及结构特征,研究发现,MCOHS吸附剂为直径1μm左右的空心球结构,且锰氧化物均匀的负载在球体表面。结合XRD和XPS等表征手段,发现MCOHS吸附剂中的主要元素为Cu、Mn、O等。其中铜的主要存在形式为Cu2O和CuO,锰的主要存在形式为MnO2。(2)通过吸附等动力学实验,结果表明拟二阶动力学曲线模型可以较好的描述MCOHS吸附As(Ⅲ)的过程。通过对MCOHS吸附剂吸附As(Ⅲ)的等温线实验数据拟合,表明MCOHS吸附剂对As(Ⅲ)的吸附可以较好的拟合Freundlich模型。As(Ⅲ)的最大吸附量为81.45mg/g,在较低浓度下,该吸附剂仍具有较好的吸附效果。pH值在一定程度上会影响As(Ⅲ)的吸附,主要表现为随着pH值的增大,吸附量降低。干扰离子实验表明,SiO32-、CO32-和PO43-对As(Ⅲ)的影响较大,其中PO43-影响最大;Ca2+和Mg2+能够促进MCOHS吸附剂对As(Ⅲ)的吸附。(3)通过探究吸附机理,发现FT-IR分析中As-O振动峰的出现、MCOHS吸附As(Ⅲ)后XPSO1s光谱图中新出现的As-O峰、As3d杂化轨道和减少的Me-OH峰、减少的Mn(Ⅳ)等都可以证明在吸附过程中MCOHS吸附剂表面和As(Ⅲ)污染物发生了羟基络合反应,还伴随有As(Ⅲ)向As(Ⅴ)转化的过程。
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