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锰是钢铁产品中仅次于铁用量的金属,在锰的提炼过程中,产生大量含锰废水与锰渣,从而污染环境。同时,锰也是人体必需的微量元素之一,对于其他生物也是必不可少的。但是,过量的锰也具有一定的毒性作用。过量的锰会导致人体神经系统的病变。氯四环素是一种重要的广谱抗生素。它广泛应用于人体治疗、兽药以及饲料添加剂中,使得其在全世界范围内的生产量和使用量迅速增加。它的过度使用容易造成水和土壤的污染,因而引起了越来越多的关注。电化学吸附技术是将电化学技术与吸附过程结合起来,即利用电动势的作用,将目标污染物吸附于工作电极上。本论文在前期大量实验的基础上,发现碳化后的柚子皮具有三维大孔网状结构,因此,工作电极选择了生物质材料柚子皮。并利用循环伏安法将其与导电高分子材料聚苯胺进行复合。选取Mn2+与氯四环素作为目标污染物,研究了常温下,生物炭电极对重金属离子Mn2+的吸附能力。然后利用循环伏安法制备了生物炭/聚苯胺复合电极,并分析了复合电极制备因素的影响。对比了负载聚苯胺前后对氯四环素的吸附能力的变化,研究了氯四环素在生物炭电极和复合电极上的吸附影响因素、吸附动力学和吸附模型拟合。主要内容如下: (1)将生物质材料柚子皮进行碳化,得到了实验所用工作电极生物炭电极,表征结果显示,生物炭电极是具有超大孔的三维网状结构,这种结构被认为能提高吸附的活性表面和缩短吸附路径。利用循环伏安法制备了碳-聚苯胺复合电极,并探讨了复合过程中扫描速率、循环圈数、苯胺浓度对复合电极的影响。对于复合电极的表征均表明,在-0.2V-0.9V的电压窗口,0.01V/s的扫描速率下,聚苯胺很好地负载于生物炭电极上。此外,对两种电极进行了电化学表征,包括循环伏安曲线和恒流充放电曲线。结果显示,生物炭电极表现出双电层电容的特性,而复合电极则具有赝电容的特性。负载聚苯胺后,不同扫描速率下的比电容均有提高。在0.05V/s的扫速下,复合电极的比电容大约是生物炭电极的三倍。 (2)生物炭电极对Mn2+有良好的吸附作用。实验结果表明,溶液pH、Mn2+初始浓度、反应时间均对吸附有较大影响。当溶液pH为4.0,Mn2+初始浓度为20mg/L时,反应3000s后达到饱和吸附,最大去除率为88.2%。动力学拟合结果表明,拟一级反应动力学模型能较好地拟合生物炭电极的吸附数据(R2=0.9443)。这说明生物炭电极对Mn2+的吸附以物理吸附为主,即吸附主要是通过阳离子交换作用进行。而吸附模型拟合则说明,生物炭电极对Mn2+的吸附既有表面扩散作用,又存在着颗粒内扩散作用。 (3)生物炭电极和复合电极对氯四环素均有较好的吸附作用。对于生物炭电极来说,当溶液pH为7、氯四环素初始浓度为20mg/L,反应进行3000s后即达到吸附平衡,最大吸附效率为95.11%。而对于复合电极来说,则在5000s后达到平衡,平衡吸附率为92.32%。动力学拟合结果表明,拟一级反应动力学模型能较好地拟合生物炭电极的吸附数据(R2=0.9991)。而对于复合电极,拟二级动力学模型拟合的吸附数据更好。这表明,氯四环素在生物炭电极上的吸附以物理吸附为主,在复合电极上的吸附以化学吸附为主。吸附模型拟合显示,氯四环素在生物炭电极和复合电极上的吸附过程中,表面扩散和颗粒内扩散同时存在,但是,生物炭电极的吸附界面层比复合电极的厚,因此,生物炭电极的平衡吸附率大于复合电极。