納米零價(jià)鐵-生物質(zhì)碳復(fù)合材料的制備及在鎳廢水處理中的應(yīng)用.pdf

1、隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，重金屬污染日益嚴(yán)重，其中重金屬鎳造成的水體污染已引起人們的關(guān)注。研究表明，鎳可導(dǎo)致接觸性過敏性皮炎，長(zhǎng)期接觸鎳污染的水源會(huì)引發(fā)呼吸道癌癥，鎳成為影響人類健康和社會(huì)環(huán)境的危險(xiǎn)品，因此開展處理重金屬鎳的研究方法非常迫切。納米鐵與鎳離子作用，是實(shí)現(xiàn)鎳污染去除的重要途徑，納米零價(jià)鐵具有還原性高、反應(yīng)活性強(qiáng)的特點(diǎn)，但顆粒易團(tuán)聚、易氧化，導(dǎo)致反應(yīng)活性降低。生物質(zhì)碳比表面積大，對(duì)鎳離子具有一定的吸附性。納米零價(jià)鐵/生物質(zhì)碳結(jié)合了二

2、者的大比表面積、強(qiáng)吸附性、強(qiáng)還原性的優(yōu)點(diǎn)，能高效處理環(huán)境中的重金屬鎳，是目前最具有潛力的除鎳材料。
　　本文采用生物質(zhì)碳材料負(fù)載納米零價(jià)鐵吸附去除水中的重金屬鎳，通過XRD、N2物理吸附、Raman、FT-IR等測(cè)試對(duì)材料進(jìn)行分析，并考察了納米零價(jià)鐵含量、鎳初始濃度、反應(yīng)溫度、pH值等對(duì)吸附去除鎳影響，研究了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和吸附等溫實(shí)驗(yàn)，揭示了反應(yīng)機(jī)制，為納米零價(jià)鐵/生物質(zhì)碳處理重金屬鎳廢水提供理論依據(jù)。主要研究工作如下:
　　

3、(1)以葡萄糖為原料，采用水熱聚合和高溫碳熱還原法制備了系列介孔納米零價(jià)鐵/石墨化碳(xFe/g-C)復(fù)合材料。表征結(jié)果發(fā)現(xiàn)，碳熱還原制備納米零價(jià)鐵所需的溫度應(yīng)高于800℃，材料具有介孔晶相結(jié)構(gòu)，鐵物種以零價(jià)鐵的形式存在，促進(jìn)了零價(jià)鐵和鎳之間氧化還原反應(yīng)。對(duì)含鎳廢水處理結(jié)果顯示，反應(yīng)機(jī)制主要以氧化還原為主，而非吸附過程。材料對(duì)鎳的去除率隨著零價(jià)鐵含量和pH值的增大先增大后減小，隨著溫度的升高而降低。在溶液溫度30℃、pH為5時(shí)，18.4

4、Fe/g-C材料（鐵含量18.4wt％）材料處理含鎳廢水溶液(20mg/L)，去除率達(dá)到86.8％。吸附動(dòng)力學(xué)研究表明18.4Fe/g-C材料處理不同濃度Ni2+的過程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)吸附過程。18.4Fe/g-C材料對(duì)鎳離子的吸附模型與Langmuir等溫吸附模型最為符合。
　　(2)以面粉為碳源，硝酸鐵為鐵前驅(qū)體，采用直接碳化法、等體積浸漬法結(jié)合碳熱還原技術(shù)制備納米零價(jià)鐵/泡沫碳(xFe/C)復(fù)合材料。結(jié)果顯示，xFe/C材料

5、具有無定形和石墨化兩種結(jié)構(gòu)，顯示介孔織構(gòu)特征;xFe/C材料中的鐵主要以零價(jià)鐵的形式存在。材料對(duì)Ni2+的去除率隨鐵含量、反應(yīng)溫度的增加而增大，隨著鎳初始濃度的升高而減小，去除機(jī)制包括吸附和氧化還原作用。在溶液溫度30℃、pH為5時(shí)，用65.5Fe/C與鎳廢水溶液（100mg/L）進(jìn)行反應(yīng)，去除率可達(dá)到94.9％。65.5Fe/C處理不同濃度Ni2+的過程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)過程，等溫吸附模型與Langmuir吸附模型更吻合，吸附表現(xiàn)為單分