摘要
我国畜牧业和渔业非常发达，在其生产加工过程中易产生大量骨头废弃物，骨头含有大量羟基磷灰石，能够吸附水中重金属，是一种优良的吸附剂；然而，由于技术手段落后，目前对其加工利用水平较低，造成了资源的严重浪费。因此，本文以鱼骨为原材料，通过过氧化氢预处理结合低温热解制备鱼骨炭，并负载多巴胺到骨炭材料上，制备出新型骨炭用以去除水中的Cd（Ⅱ）和Cr（Ⅵ）均获得较好效果。此外，本文还研究了新型骨炭材料对重金属的吸附机理，建立了处理工艺、理化性质和吸附机理之间关系。研究结论主要如下： （1）本研究通过过氧化氢预处理，并在不同温度下热解鱼骨，得到新型骨炭材料，采用SEM、BET、XRD、Zeta、FTIR和XPS等多种表征方式分析材料理化性质。研究表明，骨炭吸附剂具有良好缓冲能力，在初始pH为4.0-8.0的溶液中表现出良好的Cd（Ⅱ）吸附性能。在10mmolNa+离子存在情况下，骨炭吸附剂的吸附性能降低5%，10mmolCl-和SO42-离子对Cd（Ⅱ）的吸附无显著影响。在10mmolF-存在的情况下，Cd（Ⅱ）的吸附增强约15%。骨炭对Cd（Ⅱ）吸附符合准二级动力学模型，吸附等温线符合Langmuir等温线特征。吸附机理主要包括离子交换、表面络合以及静电作用。结果表明，较低结晶度和有机质含量对吸附Cd（Ⅱ）有利；过氧化氢预处理结合低温热解能够有效增强骨炭吸附能力，骨炭对Cd（Ⅱ）吸附由处理前的105.02mg/g增大到228.73mg/g。 （2）以双氧水预处理结合低温热解法制备的骨炭为原料，将多巴胺负载到其表面，通过XRD、SEM（EDS）、FTIR、XPS、Zeta等详细分析了负载多巴胺后骨炭样品（BCH-300-PDA）的理化性质和对Cd（Ⅱ）和Cr（Ⅵ）的吸附性能。研究表明，BCH-300-PDA对Cd（Ⅱ）吸附量由原来的228.73mg/g提升到253.35mg/g，在不同pH、离子强度下对Cd（Ⅱ）吸附行为以及吸附机理与上述探究一致。材料对Cr（Ⅵ）吸附则由0mg/g提高到72.24mg/g。表面N基团存在使得材料在较低pH呈现较强的正电性，从而有利于重铬酸根吸附。环境中SO42-对Cr（Ⅵ）吸附有抑制作用，而F-有促进作用。负载多巴胺后的骨炭材料对Cd（Ⅱ）和Cr（Ⅵ）吸附符合准二级动力学模型，吸附等温线符合Langmuir等温线特征。对Cr（Ⅵ）吸附机理主要包括骨炭晶格磷酸与水溶液中铬酸根离子的离子交换、铬与负载多巴胺后材料表面含N基团之间的反应，如静电吸附和络合反应。
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