PDF《生物炭-锰氧化物复合材料吸附砷（芋）的性能研究》

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2015 年1月农业环境科学学报允燥怎则灶葬造 燥枣 粤早则燥鄄耘灶增蚤则燥灶皂藻灶贼 杂糟蚤藻灶糟藻 含砷金属的开采、 冶炼以及以砷及其化合物为原 料进行的工业生产, 已经造成严重的砷污染. 在环境中 无机砷化合物毒性是有机砷化合物毒性的

100 倍[1] , 其中无机态的砷 (芋) 毒性最大, 对动植物及人体都有 不同程度的危害[2-3] . 目前对砷污染的修复包括去除和 氧化两种类型, 水体的砷污染治理有很多方法, 如: 氧 化聚沉[4] , 化学、 静电沉淀[5-6] , 铝盐凝聚[7] , 反渗透[8] , 离 子交换树脂[9] , 吸附和凝聚过微孔膜[10] .然而, 这些相 关技术操作复杂, 成本较高且难以推广应用, 有些甚 农业环境科学学报 第34 卷第

1 期 至需要后续处理 (铝盐凝聚等) . 吸附法由于成本低、 操作简单、 可以原位修复而且去除效果较好, 已成为 一种有效实用的除砷方法. 作为一种吸附材料, 生物炭已被广泛地研究.生 物炭是生物质 (如农作物秸秆、 树木纤维等[11] ) 在缺氧 条件下高温裂解产生的固相物质[12-13] , 其元素组成主 要是碳、 氢、 氧等, 有机碳含量可达 70%~80%[14] , 其主 要成分是烷基和芳香结构[15] , 此外还含少量矿物质和 挥发性有机物.很多研究[16-19] 表明生物炭表面特殊的 微孔结构和表面化学特性使其对重金属具有一定的 吸附能力, 影响着重金属在环境中的分布、 迁移以及 生物有效性. 低温 (低于

400 益) 热解对重金属吸附能 力差, 高温 (大于

400 益) 热解可以获得更高的比表面 积和更多的微孔结构[20] , 为了得到更好的吸附效果, 本文采用

600 益高温热解秸秆制得生物炭. 单一的生物炭对重金属的吸附效果远不如与其 他物质结合之后的复合材料的吸附效果. 复合材料是 将两种或两种以上不同性质的材料, 利用物理、 化学 方法合成的具有新性能新结构的材料, 其综合性能优 于原组成材料而满足各种不同的要求[21] . 近年来将锰 氧化物作为改性材料应用于制造复合材料一直是研 究热点, 如锰氧化物-活性炭材料、 锰氧化物-树脂、 锰氧化物-纳米材料等[22-24] , 在水处理、 空气清新剂等 领域应用广泛[22, 25] .樊伟等[22] 用交联壳聚糖 (CCTS) 固 载纳米 MnO2, 制作成膜进行吸附研究, 发现对砷的吸 附在

8 mg ・ L-1 浓度以下去除效果可达到国家污水排 放标准, 其最大去除量达 13.33 mg ・ g-1 , 吸附机制为物 理化学多分子吸附.Luo 等[26] 发现, 将Fe3O4 固载到 MnO2 纳米材料上对砷 (芋) 进行吸附, 效果也较好. 但 将锰氧化物与生物炭结合即炭-锰复合材料的研究还 不多见[27] . 锰氧化物对砷 (芋) 有很强的吸附能力[28] , 将其固 定在材料上对重金属的吸附效果更好、 更快, 且适用 pH 范围宽[19, 21] .已有研究证实, 锰氧化物固载树脂对 液体中的铅和钙有较好的吸附作用[29] , 而且相对于铁 氧化物来说锰氧化物对重金属有更强的约束力[30] , 我 们设想锰氧化物负载到生物炭上对砷也可能有较好 的吸附效果. 已知秸秆生物炭对砷也有一定的吸附作 用, 但将两者结合起来作为吸附材料的研究较少.因此, 本文选用高温 (600 益) 热解玉米秸秆制备的生物 炭为炭基, 制备出炭-锰复合材料, 研究其对砷 (芋) 的 吸附特征与吸附效果, 以期为砷污染水体环境修复提 供数据支撑.