活性氮化硼的制备、表征及其对重金属离子的吸附特性研究

摘要

重金属离子是工业废水中的重要污染物,常规吸附剂吸附量低、吸附速度慢.对此,本文将吸附量大、吸附速度快的活性氮化硼(A-BN)吸附剂引入重金属污染领域,采用三聚氰胺(C_(3)H_(6)N_(6))和硼酸(H_(3)BO_(3))作为前驱体,以摩尔比例1∶2混合,制备了比表面积为944.526 m2/g、介孔孔体积为0.324 cm^(3)/g的A-BN材料,并探究了废水中Cu^(2+)、Pb^(2+)和Cd^(2+)的相互作用以及A-BN的吸附行为机理.结果表明:①在单一体系中,A-BN吸附量的大小表现为Pb^(2+)>Cd^(2+)>Cu^(2+),但在三元体系中重金属离子会发生相互作用,即Cu^(2+)对Pb^(2+)的吸附具有协同作用,而对Cd^(2+)的吸附具有拮抗作用,Pb^(2+)对Cd^(2+)的吸附在30 min内具有拮抗作用,30 min后具有协同作用.同样,Pb^(2+)对Cu^(2+)的吸附具有协同作用,而Cd^(2+)对Cu^(2+)的吸附具有拮抗作用,Cd^(2+)对Pb^(2+)的吸附具有协同作用.②针对A-BN吸附Cu^(2+)、Pb^(2+)和Cd^(2+),发现其对Cu^(2+)、Pb^(2+)和Cd^(2+)的吸附均符合Langmuir等温吸附模型,说明吸附过程主要受化学吸附控制.③利用XPS分析A-BN吸附后表面化学态,发现Cu^(2+)与A-BN结合形成Cu(OH)_(2)和—OCu,Pb^(2+)和Cd^(2+)与A-BN结合,形成PbCO_(3)、Cd(OH)2和CdCO_(3).其吸附机理包括表面-NH_(2)与重金属离子形成络合物、-OH的H与重金属离子发生离子交换、-O与重金属离子通过静电相互作用结合形成的3种吸附机制.研究显示,A-BN是一种吸附量大、吸附速度快的新型吸附剂,可解决实际水体环境中的重金属污染问题.