一种铁-氮-碳材料的制备及其对磷和PCBs的吸附效能研究

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随着人口和经济的飞速发展,生活污水和工业废水排放量大,水环境污染问题凸显,对人类造成较大经济损失以及健康威胁。如何有效去除水环境无机及有机污染物已成为一大研究热点。其中,吸附法作为一种易于操作,初始成本低,选择性高的方法,已被广泛研究并使用,而吸附剂的选择至关重要。氮掺杂碳材料因其具有高反应活性、良好的热稳定性、较强的导热和导电能力,并且其酸碱性和化学结构便于控制调整、重复利用方便简单等优势,具有成为一种优秀吸附剂的潜能。本文制备开发了一种新型氮掺杂铁负载纳米碳基材料(Fe-Nx-C),以磷酸盐和PCBs(PCB28、PCB52、PCB101、PCB118、PCB180)为目标污染物,在材料特性研究基础上,重点探究了该材料对目标污染物的去除性能,以此表征Fe-Nx-C材料对无机磷和有机PCBs的共同去除性能。主要的研究内容与结果如下:(1)Fe-Nx-C材料制备与表征通过热解法制备出引入过渡金属铁的氮掺杂的碳材料(Fe-Nx-C)。通过对Fe-Nx-C进行SEM、TEM、mapping、EDS、BET和XRD表征,结果表明,Fe-Nx-C是以C与N为基底,表面附有大量铁元素和孔洞,且比表面积为197.14 m2/g,孔径主要分布在1.7~300nm,平均孔径为5.18 nm的介孔材料。这些结果可以说明Fe-Nx-C可被用于吸附。(2)Fe-Nx-C材料对磷酸盐吸附性能研究试验了初始pH值、投加量、吸附时间、温度和初始浓度等条件对磷吸附效果的影响。结果表明,磷的最大吸附容量可达3.47mg/g,吸附动力学符合准二级动力学方程,以单层的化学吸附为主,且吸附等温线符合Freundlich方程。该材料对富营养化水体磷吸附去除具有一定应用潜力。(3)Fe-Nx-C材料对PCBs吸附性能研究通过实验研究五种PCBs溶液不同Fe-Nx-C投加量值及反应时间对吸附性能的影响;根据结果挑选PCB28为实验对象试验了起始pH、温度、PCBs不同起始浓度等影响因素对Fe-Nx-C吸附性能的影响。结果表明,Fe-Nx-C对PCB28、PCB52、PCB101、PCB180去除性能较高,对PCB118吸附性能最弱。在pH值为9、接触时间为4 h、投加量为1 g/L,温度为25℃、PCB28起始浓度为1 mg/L时,吸附容量最大,可达0.35 mg/g,是多层吸附,且物理吸附为速率控制步骤。
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