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重金属可长期存在于环境水体中,严重威胁生态系统安全和人类健康。纳米技术的兴起与发展为水中重金属的去除提供了巨大契机,其中树脂载金属氧化物纳米材料因具有机械强度高、在水处理过程中不发生团聚、材料使用后易回收等优异性能而备受青睐。但是,一些树脂载金属氧化物纳米材料对重金属的吸附能力较低,因此对这些材料进行功能化修饰,强化其重金属吸附性能具有重要意义。另一方面,树脂载金属氧化物纳米材料在去除水中污染物过程中可能会因纳米材料的脱落而向水中释放纳米颗粒,降低材料的萃取使用性能,并造成二次污染。因此,研究树脂载金属氧化物纳米材料在水处理过程中的纳米颗粒释放,将为材料的稳定性和安全性评估提供关键基础数据。论文针对上述问题,主要开展了三方面的研究。首先,用腐殖酸(HA)对树脂载Fe2O3纳米复合材料(HFO-201)进行了功能强化修饰,并对修饰后的材料(HA-HFO-201)进行了物理化学表征和重金属离子吸附性能研究。扫描电子显微镜-能谱(SEM-EDS)、透射电子显微镜-能谱(TEM-EDS)、N2吸附-脱吸等温线分析表明,HA-HFO-201是直径为0.6-0.8 mm、具有多孔结构、大比表面积和孔体积的微球,Fe2O3纳米颗粒(NPs)均匀分布在树脂内。HA-HFO-201对重金属离子Cu(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附动力学符合准二级动力学方程。HA的修饰明显增强了材料对重金属离子的吸附性能:对Cu(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)三种重金属离子,HA-HFO-201的最大吸附容量分别为88.96、65.67和101.4 mg/g,而HFO-201的最大吸附容量分别为2.41、3.50和2.48 mg/g;水中HA含量和pH值对HA-HFO-201的吸附性能没有明显影响;即使在50倍浓度的Ca(Ⅱ)共存下,HA-HFO-201依然可选择性吸附Cu(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)。用Na2EDTA溶液可洗脱回收吸附在HA-HFO-201上的Cu(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ),使吸附材料再生,而且吸附/解吸循环使用5次后材料的吸附性能没有明显下降。其次,用HA对树脂载ZrO2纳米复合材料(HZO-201)进行了功能强化修饰,研究了修饰后的材料HA-HZO-201对溶液中Cr(Ⅲ)和Hg(Ⅱ)的去除性能,考察了 HA-HZO-201填充柱对CODcr测试废液中重金属去除能力。研究结果表明,溶液pH对Hg(Ⅱ)的去除性能没有明显影响,而Cr(Ⅲ)的去除性能对溶液pH有很强的依赖性;溶液中的NaCl对Cr(Ⅲ)和Hg(Ⅱ)去除没有明显影响。用NaOH调节CODcr测试废液至pH 3左右,经过3个串联的HA-HZO-201填充柱吸附处理70柱体积原水(200 mg/LCr,1000 mg/LHg)后,出水均达到国家排放标准(1.5 mg/L Cr,0.05 mg/L Hg)。吸附在HA-HZO-201上的金属离子可通过洗脱液解吸:0.1 mol/L的HNO3和0.5 mol/L的硫脲溶液可分别洗脱92.6%Cr(Ⅲ)和93.8%Hg(Ⅱ),因此HA-HZO-201填充柱可重复使用,同时可实现Cr(Ⅲ)和Hg(Ⅱ)的回收,处理过程几乎不产生废渣,对环境友好。最后,以树脂载ZrO2纳米复合材料(HZO-201)为模型,研究了其在处理电镀废水过程中Zr的释放量和释放形态。污水以25 mL/h的流速经HZO-201填充柱(约5 g HZO-201填充到长130 mm、直径12 mm的石英柱内)处理,测定出水中总Zr含量的变化。结果发现Zr的释放主要集中在水处理初期,Zr释放量随着污水处理量的增加而逐渐降低,处理量为800柱体积时Zr释放量达到平衡(3.79 μg/L)。酸性和碱性条件下Zr释放量高于中性条件下的释放量,而HA则明显抑制Zr的释放。进一步采用超滤分离出水中的Zr离子和ZrO2 NPs,分别用ICP-MS定量Zr离子,TEM-EDS表征富集的ZrO2 NPs,发现HZO-201处理污水过程中释放的Zr主要为ZrO2 NPs。本研究表明,树脂载金属氧化物纳米材料在水处理应用过程中可能释放金属氧化物纳米颗粒,影响材料的长期稳定性和环境安全性。