納米零價鐵-生物質(zhì)碳復合材料的制備及在鎳廢水處理中的應用.pdf

1、隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，重金屬污染日益嚴重，其中重金屬鎳造成的水體污染已引起人們的關注。研究表明，鎳可導致接觸性過敏性皮炎，長期接觸鎳污染的水源會引發(fā)呼吸道癌癥，鎳成為影響人類健康和社會環(huán)境的危險品，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，是實現(xiàn)鎳污染去除的重要途徑，納米零價鐵具有還原性高、反應活性強的特點，但顆粒易團聚、易氧化，導致反應活性降低。生物質(zhì)碳比表面積大，對鎳離子具有一定的吸附性。納米零價鐵/生物質(zhì)碳結(jié)合了二

2、者的大比表面積、強吸附性、強還原性的優(yōu)點，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)碳材料負載納米零價鐵吸附去除水中的重金屬鎳，通過XRD、N2物理吸附、Raman、FT-IR等測試對材料進行分析，并考察了納米零價鐵含量、鎳初始濃度、反應溫度、pH值等對吸附去除鎳影響，研究了反應動力學和吸附等溫實驗，揭示了反應機制，為納米零價鐵/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鐵/石墨化碳(xFe/g-C)復合材料。表征結(jié)果發(fā)現(xiàn)，碳熱還原制備納米零價鐵所需的溫度應高于800℃，材料具有介孔晶相結(jié)構(gòu)，鐵物種以零價鐵的形式存在，促進了零價鐵和鎳之間氧化還原反應。對含鎳廢水處理結(jié)果顯示，反應機制主要以氧化還原為主，而非吸附過程。材料對鎳的去除率隨著零價鐵含量和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，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)，去除率達到86.8％。吸附動力學研究表明18.4Fe/g-C材料處理不同濃度Ni2+的過程符合準二級動力學吸附過程。18.4Fe/g-C材料對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)合碳熱還原技術制備納米零價鐵/泡沫碳(xFe/C)復合材料。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鐵的形式存在。材料對Ni2+的去除率隨鐵含量、反應溫度的增加而增大，隨著鎳初始濃度的升高而減小，去除機制包括吸附和氧化還原作用。在溶液溫度30℃、pH為5時，用65.5Fe/C與鎳廢水溶液（100mg/L）進行反應，去除率可達到94.9％。65.5Fe/C處理不同濃度Ni2+的過程符合準二級動力學過程，等溫吸附模型與Langmuir吸附模型更吻合，吸附表現(xiàn)為單分