鐵改性香蒲生物炭吸附去除水中剛果紅的研究

背景介紹印染工業(yè)是重要的傳統(tǒng)制造業(yè)，而亞洲地區(qū)是世界上最大的印染生產(chǎn)基地，也是印染廢水排放量最大的地區(qū)之一。剛果紅屬水溶性偶氮陰離子染料，其結(jié)構(gòu)中含六個(gè)苯環(huán)分子，性質(zhì)穩(wěn)定、價(jià)格低廉，在印染行業(yè)廣泛應(yīng)用。目前，水中有機(jī)染料去除的主要方法包括：化學(xué)法、物理法和生物法等。近年來(lái)，生物炭因吸附性能好、成本低廉、原材料易得、比表面積大、孔隙結(jié)構(gòu)豐富等優(yōu)點(diǎn)。因此，本研究以典型濕地植物廢棄物香蒲作為原材料制備生物炭，通過(guò)磁改性后，用于水中典型有機(jī)染料污染物剛果紅的去除，實(shí)現(xiàn)濕地廢棄植物的資源化利用和固碳，達(dá)到以廢治廢的目的。文章亮點(diǎn)1.以濕地廢棄植物香蒲為原材，通過(guò)熱解與水熱合成，成功制備磁性鐵改性生物碳（Fe-BC），能實(shí)現(xiàn)水中典型有機(jī)污染物剛果紅（CR）染料的吸附去除，且Fe-BC能重復(fù)利用，實(shí)現(xiàn)了以廢治廢，變廢為寶；2.通過(guò)多因素實(shí)驗(yàn)研究，闡明了影響Fe-BC吸附去除CR的因素，分析了吸附動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)過(guò)程，揭示了吸附機(jī)理。內(nèi)容介紹1

實(shí)驗(yàn)部分1.1

主要儀器與試劑1.2

實(shí)驗(yàn)方法1.2.1

BC和Fe-BC的制備1.2.2

表征/測(cè)試方法1.2.3

CR去除率和吸附容量的計(jì)算通過(guò)測(cè)量實(shí)驗(yàn)前后溶液的吸光度變化，確定吸附前后溶液的濃度C0、Ct，利用式(1)、(2)計(jì)算出CR的去除率及吸附材料的吸附容量[16]。2

結(jié)果與討論2.1

材料表征2.2

Fe-BC和BC投加量對(duì)CR吸附去除的影響當(dāng)CR的初始濃度為100mg/L，溫度為25℃，溶液pH為3時(shí)，分析不同F(xiàn)e-BC和BC用量對(duì)CR去除的影響，結(jié)果如圖

6所示。2.3

初始濃度對(duì)CR吸附去除的影響當(dāng)Fe-BC和BC投加量為40mg，溫度為25

℃，溶液pH為3時(shí)，分析不同初始濃度對(duì)CR去除的影響，結(jié)果如圖7所示。2.4

反應(yīng)體系吸附時(shí)間對(duì)CR吸附去除的影響為確定吸附的平衡時(shí)間，當(dāng)CR濃度為100mg/L，F(xiàn)e-BC和BC投加量為40mg，溫度為25℃，溶液pH為3時(shí)，考察吸附時(shí)間對(duì)CR去除的影響，結(jié)果如圖

8所示。2.5

溶液初始pH值對(duì)CR吸附去除的影響當(dāng)CR的初始濃度為100mg/L，F(xiàn)e-BC和BC投加量為40mg，溫度為25℃時(shí)，分析不同溶液初始pH值對(duì)CR去除的影響，結(jié)果如圖9所示。2.6

反應(yīng)體系溫度對(duì)CR吸附去除的影響2.7

陰離子及陽(yáng)離子對(duì)CR吸附去除的影響2.8

循環(huán)實(shí)驗(yàn)3

擬合吸附模型分析3.1

吸附動(dòng)力學(xué)分析為進(jìn)一步探究BC、Fe-BC對(duì)CR的吸附機(jī)理，采用擬一級(jí)和擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程對(duì)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)擬合分析，擬合結(jié)果如表2、表3和圖

13、圖14所示。3.2

等溫吸附模型分析根據(jù)BC與Fe-BC在15℃

吸附平衡時(shí)的CR濃度與平衡吸附量，選取Langmuir與Freundlich吸附模型進(jìn)行模擬，擬合結(jié)果如圖15所示，各項(xiàng)擬合參數(shù)如表4所示。3.3

吸附熱力學(xué)分析3.4

顆粒內(nèi)擴(kuò)散分析4

結(jié)果與討論4.1

以濕地廢棄物香蒲為主要原材，通過(guò)熱解和水熱合成，成功制備了磁性Fe-BC吸附材料，能高效去除水中持久性有機(jī)污染物CR。4.2

Fe-BC吸附材料用量、CR初始濃度、初始pH、反應(yīng)溫度等對(duì)水中CR的吸附去除效果有一定影響，當(dāng)CR初始濃度為100mg/L、Fe-BC投加量為40mg、溶液pH為3、吸附時(shí)間90min、反應(yīng)體系溫度為25℃時(shí)，CR的去除率可達(dá)99.6%，且Fe-BC循環(huán)使用3次后，性能仍較穩(wěn)定，對(duì)水中CR的吸附去除率仍可達(dá)72%。4.3

Fe-BC對(duì)水中CR的吸附主要以單分子層化學(xué)吸附為主，吸附過(guò)程符合