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随着我国经济的快速发展,每年都有大量来自采矿、冶金、机械加工、表面处理等行业的含重金属的工业废水排放到环境中;同时,畜牧业、工业原料的生产以及人们日常生活均产生大量的含磷废水排入水体。含重金属和含磷废水常见处理方法有吸附法、离子交换法、膜分离法、生物絮凝法和植物修复法等。其中吸附法因其成本低、效率高以及材料可循环利用等优点为广大学者所青睐,目前国内外的研究者致力于寻找各种天然、廉价、高效的吸附材料。遗态材料是在生物经过亿万年的进化演变而形成的完美独特结构基础上,通过人工方法进一步修饰,制备出既保留原始的精细分级结构,又具有人为附加新特性和功能的吸附材料。毛竹是我国栽培面积最大的竹种,2010年广西产量位居全国第二;桉树为广西最大木材来源树种,为世界三大速生树种之一;这两种原料均为制浆造纸产业常用原料。因其自身具有不同尺度范围的有序多孔特殊解剖结构、发达的微孔构造和较大比表面积,常被用于制备吸附材料。本研究利用毛竹、桉木为植物模板,通过人工控制制备了两种植物遗态Fe2O3/Fe3O4/C复合材料(毛竹模板材料,PBGC-Fe/C-B;桉木模板材料,PBGC-Fe/C-E),选择Cr(Ⅵ)、As(Ⅴ)和P(Ⅴ)等为目标污染物,从材料制备、吸附影响实验、吸附前后液相和固相表征等方面探讨材料对目标污染物的吸附机制。主要研究内容和结果如下:1、材料制备的适宜工艺为:用5%稀氨水在100℃条件下抽提预处理原材料6h,1.2mol/L硝酸铁浸泡5天(操作重复3次),600℃焙烧3h。2、SEM、XRD和FT-IR等表征分析结果表明,所制备的两种PBGC-Fe/C复合材料,较好地保留了毛竹、桉木模板的结构特征,其表面分布着Fe、C和O等元素,主要组成为α-Fe2O3、Fe3O4和C三种物质,其中氧化铁占72%以上。PBGC-Fe/C-B的比表面积和孔容分别为93.06m2/g和0.12cm3/g,PBGC-Fe/C-E比表面积和孔容分别为59.20m2/g和0.11cm3/g,两者均为分级多孔材料,零点电位pHPZC都在3左右。3、选择吸附时间、溶液初始浓度及温度、溶液初始pH值、吸附剂投加量、吸附剂种类及粒径为影响因素开展吸附净化模拟实验。得出结论如下:(1)PBGC-Fe/C对水中Cr(Ⅵ)表现出良好的吸附能力。在溶液初始浓度为10~400mg/L范围内,粒径小于100目的PBGC-Fe/C-B对Cr(Ⅵ)的吸附量从 1.00mg/g上升到30.61mg/g(25℃)、从 1.00mg/g上升到30.94mg/g(35℃)和从1.00mg/g上升到32.88mg/g(45℃)。在溶液初始浓度为10~150mg/L范围内,粒径小于100目的PBGC-Fe/C-E对Cr(Ⅵ)的吸附量从1.00mg/g上升到4.01mg/g(25℃)、从 1.00mg/g上升到4.22mg/g(35℃)和从1.00mg/g上升到4.52mg/g(45℃)。当溶液初始浓度为2、10和50mg/L时,未研磨的吸附剂 PBGC-Fe/C对 Cr(Ⅵ)的吸附量分别为 0.20、1.00和 4.94mg/g(PBGC-Fe/C-B)以及0.20、0.92和2.96mg/g(PBGC-Fe/C-E)。对比研究表明,未研磨的PBGC-Fe/C对水中Cr(VI)的吸附能力达到了微粒氧化铁以及纳米氧化铁吸附材料的平均水平。(2)PBGC-Fe/C对水中As(V)表现出良好的吸附能力。在溶液初始浓度为5~1 OOmg/L范围内,小于100目粒径的PBGC-Fe/C-B对As(V)的吸附量从0.50mg/g上升到4.55mg/g(25。C)、从0.50mg/g上升到5.33mg/g(35。C)和从0.50mg/g上升到4.89mg/g(45。C);粒径小于 100 目的PBGC-Fe/C-E对As(V)的吸附量从0.50mg/g上升到4.01mg/g(25。C)、从0.50mg/g上升到4.83mg/g(35。C)和从0.50mg/g上升到4.19mg/g(45。C)。当溶液初始浓度为2、10和50mg/L时,未研磨的吸附剂PBGC-Fe/C对As(V)的吸附量分别为0.45、0.86和3.02mg/g(PBGC-Fe/C-B)以及0.50、0.99和2.49mg/g(PBGC-Fe/C-E)。对比研究表明,未研磨的PBGC-Fe/C对水中As(V)的吸附能力达到了微粒氧化铁以及纳米氧化铁吸附材料的平均水平。(3)PBGC-Fe/C对水中P(V)表现出良好的吸附能力。在溶液初始浓度为2~50mg/L范围内,粒径小于100目的PBGC-Fe/C-B对P(V)的吸附量从0.20mg/g上升到2.46mg/g(25。C)、从0.20mg/g上升到2.64mg/g(35。C)和从0.20mg/g上升到2.77mg/g(45。C);小于 100目粒径的PBGC-Fe/C-E对P(V)的吸附量从0.20mg/g上升到 1.56mg/g(25。C)、从0.20mg/g上升到 1.66mg/g(35。C)和从0.20mg/g上升到1.72mg/g(45。C)。当溶液初始浓度为2、10和50mg/L时,未研磨的PBGC-Fe/C对P(V)的吸附量分别为0.18、0.36和0.66mg/g(PBGC-Fe/C-B)以及0.18、0.34和0.69mg/g(PBGC-Fe/C-E)。对比研究表明,未研磨的PBGC-Fe/C对水中P(V)的吸附能力达到微粒氧化铁以及纳米氧化铁吸附材料的平均水平。4、PBGC-Fe/C对水中Cr(VI)、As(V)和P(V)的等温吸附过程符合Langmuir模型和Freundlich模型。同时,准二级动力学模型可以很好地用来描述PBGC-Fe/C吸附Cr(VI)、As(V)和P(V)的动态过程。使用Langmuir模型和Freundlich模型分析不同温度条件下吸附达到平衡后的实验结果表明,Freundlich模型更加适合于描述PBGC-Fe/C对P(V)的吸附过程。吸附前后水中Cr(VI)、As(V)和P(V)的存在形态以及固相的SEM-EDS、XRD、FT-IR和XPS分析结果表明,Cr(VI)、As(V)和P(V)被均匀地吸附在PBGC-Fe/C样品管壁位置上。在吸附Cr(VI)的同时发生氧化还原反应,即水中Fe(Ⅲ)将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ);对As(V)和P(V)的吸附过程包含静电物理吸附过程以及与氧化铁各组分的化学反应过程。溶液偏酸性利于PBGC-Fe/C对水中Cr(Ⅵ)、As(V)和P(V)的吸附。