聚吡咯改性磁性生物炭去除水中六价铬的研究

来源 :中国地质大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:emajor
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水体的Cr(Ⅵ)污染问题越来越受到人们的重视。由于Cr(Ⅵ)具有致畸、致癌、致突变、易于生物富集、难以生物降解等特点,在众多用于修复水体中Cr(Ⅵ)污染的技术中,吸附法凭借其高效性、简便性和经济性等优势脱颖而出。利用吸附法处理含Cr(Ⅵ)废水的关键在于吸附剂的选择,而现有吸附剂多存在pH适用范围窄、吸附容量低、固液分离难等问题。因此,开发一种廉价、高效且易于分离的Cr(Ⅵ)吸附剂具有重大的现实意义。基于此,本研究依据以“废”治“废”理念,以玉米芯质生物炭为基础材料,聚吡咯为改性剂,Fe3O4为磁分离体制备了一种廉价、高效、适用性强且分离性好的Cr(Ⅵ)吸附剂—MBC/PPy复合材料。利用批吸附实验,探究了MBC/PPy材料投加量、溶液初始pH、共存阴/阳离子等因素对该材料去除Cr(Ⅵ)性能的影响;利用SEM、TEM、VSM和XPS等表征手段确定了MBC/PPy材料的理化特性;综合XPS谱图分析和动力学、吸附等温线模型的拟合结果,揭示了MBC/PPy材料去除水中Cr(Ⅵ)的反应路径。结果表明:本研究制备的MBC/PPy复合材料呈壳核结构,可在较宽的pH范围(2.08.0)内实现对水中Cr(Ⅵ)的高效去除,并可在外加磁场的作用下从液相中分离回收。Cr(Ⅵ)在MBC/PPy上的吸附形式主要以单层均匀吸附为主,同时伴随有少量的多层非均匀吸附。该吸附过程以化学反应为主导,同时伴随有物理吸附及离子交换作用。得到MBC/PPy材料去除水中Cr(Ⅵ)的反应路径为:(1)在静电引力(N+)和离子交换反应(Cl-)的共同作用下将Cr(Ⅵ)吸附至材料表面,其中,离子交换作用的贡献度为36.8%;(2)部分(79.6%)被吸附的Cr(Ⅵ)通过PPy中的-NH-和生物炭中的-OH官能团还原为Cr(Ⅲ),其余部分被直接以Cr(Ⅵ)的形式固定在MBC/PPy材料表面;(3)大部分(88.1%)还原产生的Cr(Ⅲ)与材料表面的含O和含N官能团发生络合作用而被固定,其余少部分在静电斥力的作用下被释放至溶液中。综上,本研究制备的MBC/PPy复合材料能够有效去除水中的Cr(Ⅵ),并通过将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)降低其毒性,该复合材料具有广阔的应用前景。
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