改性铁锰复合氧化物对砷的吸附特性及机理研究

摘要

近年来，砷污染一直是人们关注和研究的热门话题。吸附法因其对水中砷的去除高效性得到广泛应用，因此制备新型高效的吸附材料是除砷的关键。本实验采用共沉淀法制备铁锰复合金属氧化物，并用亚硫酸根、锰离子、铜离子对其进行改性，通过对改性吸附剂进行动力学实验同时对吸附材料进行表征，来探究改性吸附剂的结构组成及吸附机理，从而筛选出一种更为高效的新型吸附剂。完成的实验成果及结论如下： （1）动力学实验结果表明：经Cu2+、Mn2+及SO32-改性后的铁锰复合氧化物对砷的吸 附 效 果 明 显 增 加 。 其 对 砷 的 吸 附 效 果 关 系 表 示 为 ：FMBO-Cu>FMBO-S>FMBO-M>FMBO。四种吸附剂都能用拟二级动力学模型和Elovich模型很好的拟合。 （2）FMBO、FMBO-Cu、FMBO-S、FMBO-M吸附剂对As的吸附均由膜扩散和颗粒内扩散共同控制，而颗粒内扩散主要是介孔扩散，在长时间的吸附过程中，砷在介孔中的扩散是控制改性FMBO吸附速率的主要因素。改性FMBO吸附剂的吸附速率都明显高于FMBO。 （3）铜离子的添加量影响FMBO-Cu对砷的吸附效果，随着铜离子添加量的增加，对总砷的吸附效果下降。FMBO、FMBO-Cu(3:1:0.33)、FMBO-Cu(3:1:3)及FMBO-Cu(3:1:1)吸附剂对砷的吸附均由颗粒内扩散和边界层扩散共同控制。其中FMBO-Cu(3:1:0.33)对砷的吸附速率最快。 （4）通过XRD，BET、Zeta电位、热重、红外、及透射电镜等表征手段，对吸附剂的表面形貌、组成、晶型和价键情况等进行理化分析，发现改性FMBO吸附剂表面粗糙并具有丰富的孔隙结构且具有大的比表面积。红外光谱图则显示吸附剂表面含有丰富的羟基。 （5）通过对比吸附前后SEM-Mapping和XPS的结果，As在吸附剂表面的吸附主要是通过污染物与吸附剂表面的羟基发生取代反应。吸附后表面羟基振动及对应元素谱图的出现均证明了As成功吸附到材料表面。

目录

第一章 绪论

1.1砷的性质和来源

1.2 砷的污染现状及危害

1.3除砷技术概况

1.4选题的意义与主要内容

第二章 材料与方法

2.1实验材料与仪器

2.2不同改性吸附剂的制备

2.3 吸附剂吸附除砷的动力学实验

2.4 分析测定方法

第三章 FMBO的吸附速率优化方案探究

3.1 改性FMBO对砷的吸附动力学特性探究

3.2 改性FMBO对砷的吸附动力学过程中的形态转化

3.3 离子溶出探究

3.4 小结

第四章 Cu的介入对As(III)转化速率提升的作用效果

4.1 不同比例Cu添加量的FMBO的吸附动力学

4.2 吸附动力学过程中砷形态的转化

4.3 离子溶出探究

4.4 小结

第五章 不同FMBO改性方法对As(III)吸附速率的促进效果

5.1 四种吸附剂的表观图片

5.2 比表面积分析（BET）

5.3 等电位分析（Zeta电位）

5.4 红外光谱分析（FTIR）

5.5 扫描电镜分析(SEM-EDS-Mapping)

5.6 X射线光电子能谱(XPS)

5.7 X射线衍射(XRD)

5.8 透射电子显微镜(TEM)

5.9 热重分析(TG-DSC)

5.10 改性FMBO除砷的机理分析

5 .11 小结

第六章 结论

不足与展望

参考文献

致谢

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