摘要
随着工农业生产的迅猛发展，重金属污染问题越来越严重，是目前水处理界关注的热点和难点问题。吸附法具有快捷便利、经济低耗的特点，在水处理中具有很强的应用优势。生物炭作为一种常规的吸附剂，来源广泛、价格低廉，在水污染处理方面应用普遍，但其对重金属的吸附能力有限。纳米零价铁具有磁性和纳米效应双重特性，吸附能力强、易于回收，在水处理中展现了较高的应用前景。但纳米零价铁易团聚，对其应用产生了一定限制。本文基于生物炭和纳米零价铁的研究应用基础，采用液相还原法制备纳米零价铁负载生物炭，分别以铬（Cr(Ⅵ)）和铅（Pb(Ⅱ)）为代表重金属，研究纳米零价铁负载生物炭对水中重金属的去除效应，本实验研究内容主要包括以下几部分： 首先以铬为研究目标，对比分析生物炭（BC）、纳米零价铁（NZVI）和纳米零价铁负载生物炭（BC/NZVI）对水中铬的去除性能，结果表明：生物炭对铬的吸附能力有限（吸附量为11.02mg/g），NZVI对铬具有较高的吸附能力（吸附量为66.33mg/g），BC/NZVI对铬的吸附能力最高（吸附量为68.34mg/g），表现出较好的吸附性能。BC/NZVI借助生物炭载体，克服了NZVI的团聚性，表现出良好的分散性。SEM、FTIR表征分析表明纳米零价铁成功负载在生物炭表面，生物炭载体提高了纳米零价铁的比表面积，提升了吸附性能。单因素影响研究表明，吸附剂投加量、吸附作用时间、水体pH值等因素对几种吸附剂去除Cr(Ⅵ)的能力均有一定影响：总体来看，吸附剂用量越大、吸附作用时间越长、温度越高吸附效果越好；pH值对三种吸附材料的影响有一定区别，酸性条件更有利于NZVI、BC/NZVI对Cr(Ⅵ)的去除，而BC对Cr(Ⅵ)的去除效果则随着pH的升高而增大，在实验优化条件下，BC、NZVI、BC/NZVI对Cr(Ⅵ)的去除率分别为13.92%、86.76%和97.60%。吸附热力学和动力学研究表明，NZVI和BC/NZVI对Cr(Ⅵ)的吸附属于自发的吸热过程，二者均符合Freundlich等温吸附模型和准二级动力学模型。NZVI、BC/NZVI对Cr(Ⅵ)具有较高的去除效果，重复利用效果较好，重复利用8次对Cr(Ⅵ)的去除率依然可以保持为88.76%和91.56%。BC/NZVI能解决NZVI的团聚问题，对Cr(Ⅵ)具有更高的去除能力，在重金属铬的去除方面表现出较高的应用优势。 为进一步探究BC/NZVI对重金属的广普去除效应，在Cr(Ⅵ)的去除研究基础上，再以Pb(Ⅱ)为例，分析BC/NZVI对Pb(Ⅱ)的去除性能，结果表明：吸附剂用量、作用时间等因素对BC/NZVI去除Pb(Ⅱ)的效能同样会产生影响，吸附剂用量越大、吸附作用时间越长、温度越高、pH值越高，BC/NZVI对Pb(Ⅱ)的去除效果越好。BC/NZVI对Pb(Ⅱ)具有较高的吸附效能，在研究条件下，其吸附量可达498.75mg/g，远高于BC/NZVI对Cr(Ⅵ)的最大吸附量。BC/NZVI对Pb(Ⅱ)的吸附同样符合准二级动力学，吸附等温线符合Langmuir等温吸附模型。BC/NZVI对Pb(Ⅱ)的吸附也具有较好的重复利用性能，重复利用8次依然可以达到较高的去除效果。 综上表明，BC/NZVI克服纳米零价铁的缺点，提高了吸附性能，对水中的Pb(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)均具有较好的去除效果，反映其在重金属去除方面具有良好的通用性，可以用于重金属废水的处理与净化，为含重金属的废水处理和净化提供了技术参考。
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