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重金属和溶解性有机物(DOM)是水中两类重要污染物,对水体生态系统和人类健康造成严重威胁。吸附法具有去除效率高,操作简便等特点,被广泛用于水中重金属和溶解性有机物的去除。磁性吸附剂具有磁性材料和普通吸附剂的双重优势,在环境污染防治领域受到越来越多的关注。本研究针对重金属和DOM等污染物的特性,合成三种磁性吸附剂,对磁性吸附剂的结构,表面特性和磁性强度进行的表征,并研究其对水中重金属或DOM的吸附行为和吸附机制,主要取得一下几个方面的结果: 1)合成了以Fe3O4为核,以SiO2为壳的磁性纳米微粒(Fe3O4@SiO2),并采用后嫁接法对材料表面进行胺基官能化。表征结果表明,表面官能化磁性纳米微粒(Fe3O4@SiO2-NH2)平均粒径大小为18.6nm,氨基含量为1.61mmol/g,BET比表面积216.2 m2/g,饱和磁化强度为34.0 emu/g,在外加磁场的条件下,可快速磁性分离。吸附实验结果表明,Fe3O4@SiO2-NH2对水中的Cu2+、Pb2+、Cd2+有较好的吸附效果,吸附量随温度的升高而增加,25℃条件下的最大吸附量分别为0.47mmol/g、0.37mmol/g、0.20mmol/g。体系的pH对重金属在吸附剂上的吸附有重要影响,随pH的升高,吸附量逐渐升高。溶液中阳离子通过竞争吸附剂的活性位点降低Cu2+的吸附量,且随着离子浓度的增加,吸附量逐渐降低。溶液中溶解性腐殖酸对Cu2+在吸附剂上的吸附影响较小。Fe溶出性实验表明,Fe3O4@SiO2-NH2在酸性溶液中具有较好稳定性,因此可用酸液对吸附饱和的吸附剂进行脱附再生。经过4次脱附再生循环,该吸附剂仍能保持89.7%的吸附量,表明该吸附剂有较好的再生能力、可重复使用。 2) Fe3O4@SiO2-NH2对水中腐殖酸有较好的去除效果。腐殖酸吸附等温线可用Langmiur和Freundieh方程拟合,表明腐殖酸在该吸附剂上的吸附为表面单层吸附,呈现不均匀吸附特性,可能由于吸附剂表面氨基分布不均匀所致。腐殖酸的吸附等温线可用拟二级动力学方程进行模拟,腐殖酸初始浓度的越高,达到平衡的时间越长。离子强度对腐殖酸的吸附影响较大,随着Na+离子浓度的增加,腐殖酸吸附量逐渐增加。不同价态的阳离子对水中腐殖酸的吸附量影响大小顺序为Al3+>Ca2+≈Mg2+>Na+。随溶液pH的升高,腐殖酸的吸附量逐渐降低。Zeta电位和XPS分析结果表明,Fe3O4@SiO2-NH2对腐殖酸的吸附主要依靠质子化的氨基与腐殖酸离解的酚羟基或羧基之间通过静电作用形成新的复合物。 3)常温条件下合成磁性中孔硅(magMCM-41),并用氨丙基硅烷化试剂对材料进行胺基官能化,得到magMCM-41-NH2磁性微粒。表征结果显示,该磁性微粒具有有序中孔结构,孔径大小为2.4nm,BET比表面积为668m2/g,BJH空体积为0.525cm3/g,氨基含量为3.29mmol/g,饱和磁化强度为8.96emu/g,可在外加磁场的条件下,快速磁性分离。胺基官能化能显著提高magMCM-41对水中单宁酸的吸附量,其吸附等温线符合Freundlich方程。单宁酸吸附动力学可用拟二级动力学方程进行拟合,吸附饱和时间快。溶液pH对单宁酸在磁性中孔硅上的吸附影响较大,在pH=4.53~6.95时有较高的吸附效果。溶液的阳离子能明显提高单宁酸的吸附量,不同阳离子影响大小顺序为Ca2+>K+>Na+。XPS分析结果表明,单宁酸在magMCM-41-NH2上的吸附机理为单宁酸与吸附剂上的氨基通过酸碱作用形成新的复合物。 4)采用高温水热法合成了磁性壳聚糖。表征结果表明,磁性壳聚糖粒径大小为200~300nm,氨基含量1.29mmol/g,BET比表面积36.00 m2/g,饱和磁化强度为38.78 emu/g,易于磁性分离。磁性壳聚糖对水中的腐殖酸去除效果明显。腐殖酸在磁性壳聚糖上的吸附等温线可用Freundlich方程模拟,吸附动力学符合拟二级动力学方程。腐殖酸的吸附量随溶液pH的升高而降低,随着不同阳离子浓度增加而增加,不同类型的阳离子对腐殖酸吸附效果影响的大小顺序为:Ca2+>Mg2+>Na+>K+。吸附的腐殖酸可在碱性溶液巾脱附,再生5次后,吸附剂仍能保持79.8%的吸附量,表明该吸附剂再生性好,可循环使用。