摘要
近年来，人口持续增长、快速工业化和日益城市化将重金属引入了水环境中，重金属离子由于其不可降解的性质而持续存在于生态系统中，在环境中的毒性和生物累积趋势严重威胁着人类的健康问题。随着印染、金属加工、电镀、核电、制革、纺织等行业的大力发展，大量重金属废水排入水体，导致水体污染，所以研发出重金属废水的水处理技术迫在眉睫。吸附法是处理重金属废水的典型方法，该法关键在于筛选吸附性能优良且廉价的吸附剂。本文以此为出发点，基于课题组前期研究成果，将粉末活性炭(PAC)、聚合氯化铝(PACl)、聚丙烯酰胺(PAM)和腐殖酸盐(HS)作为基材，采用共沉淀法制备粉末活性炭复合吸附材料PACAMC(powderedactivatedcarbonadsorptionmatrixcomposites)。并从基团结构、理化特性及影响因素等角度系统研究了PACAMC去除金属离子的性能和吸附机制。主要研究内容和结论如下： （1）以PAC、HS、PACl和PAM为原料，成功融合制备了复合吸附材料PACAMC。使用SEM、FTIR、EDS、BET、XPS、粒径分布和表面电荷分析等表征PACAMC的形态、结构和化学特性。结果表明，PACAMC表面粗糙不规则，存在着大量的非均匀孔隙。PACAMC的pHPZC值为5.3。PACAMC通过化学反应进行深度的融合，引入功能性官能团(-COOH、-OH和-NH2)提供更多能与重金属离子作用的活性位点。 （2）本文将PACAMC用于水溶液中Cr(VI)的吸附。探究了不同实验条件、共存离子对吸附Cr(VI)能力的影响。在实验条件下，PACAMC对Cr(VI)的吸附量为26.440mg·g-1，Cr(VI)去除率高达95.16%。在较低的pH值下，PACAMC对Cr(VI)的吸附能力较高，这反映出静电相互作用是控制Cr(VI)结合机制的主要驱动力。动力学研究表明，伪二级模型和Elovich模型与实验数据吻合较好。吸附等温线可以用Temkin模型很好地描述，说明其吸附机理为单层-多层混合吸附。热力学参数表明，PACAMC对Cr(VI)的吸附是自发吸热过程。PACAMC对Cr(VI)的吸附机制主要包括Cr(VI)与PACAMC质子化官能团之间的静电吸引、材料表面官能团的络合作用和Cr(VI)被还原为Cr(III)，且伴随着物理吸附的存在。 （3）本文将PACAMC用于水溶液中Mn(II)的吸附。探究了不同实验条件、共存离子对吸附Mn(II)能力的影响。实验条件下PACAMC对Mn(II)的去除效率高达94.62%，吸附量为23.655mg·g-1。吸附过程更符合伪二级动力学模型、Elovich模型和Temkin等温吸附模型。PACAMC对Mn(II)的吸附是吸热自发反应。PACAMC吸附去除Mn(II)的主要机理为化学络合和静电作用。
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