[01230590]蔗渣活性炭/纳米氧化铁复合吸附剂的结构特性及其除砷机理

本研究获得国家自然科学基金（蔗渣活性炭/纳米氧化铁复合吸附剂的结构特性及其除砷机理,项目批准号：21367010）的资助砷具有毒性和致癌性,砷化物通过呼吸、饮水及食物等途径进入人体后,会引起人体砷急、慢性中毒,还会导致皮肤癌、肺癌等多种疾病。制糖业是广西的重要支柱产业,蔗渣是甘蔗制糖工业的重要副产物。如何综合利用甘蔗渣将对广西制糖业生态工业链的良好发展,具有重要的意义。本项目采用甘蔗渣为主要原料,用氯化铁和硫酸亚铁为改性剂,制备了两种蔗渣活性炭/纳米氧化铁吸附剂,研究了其对砷的吸附性能。用红外光谱、X射线光电子能谱等对吸附前后的吸附材料进行分析,探讨其吸砷的机理。取得的重要成果有：（1）用氯化铁改性制备蔗渣活性炭/纳米氧化铁吸附剂（NAC）的工艺条件是：氯化铁浓度为0.15 mol/L,铁与甘蔗渣质量比1:6,浸渍时间为36 h,炭化温度为450 ℃,炭化时间为4 h。用硫酸亚铁改性制备蔗渣活性炭/磁性纳米氧化铁吸附剂（MAC）的工艺条件是：硫酸亚铁浓度为0.15 mol/L,铁与甘蔗渣质量比1:6,浸渍时间为36小时,炭化温度为500 ℃,炭化时间为5 h。NAC其比表面积为49.41 m2/g,pHPZC＝4.93,Zeta电位等于-16.6 mV。MAC的比表面积为81.94 m2/g,pHPZC＝6.20,Zeta电位等于-14.7 mV。（2）NAC吸附砷的适宜初始pH值范围是2.0~9.0,在25°C对砷的最大吸附量是10.90 mg/g,MAC吸附砷的适宜初始pH值范围是2.0~7.0,在25°C对砷的最大吸附量是3.61 mg/g。低流速,高进水浓度,高床层高度能促进NAC和MAC对As（V）的动态吸附。（3）NAC和MAC去除水中As（V）的机制主要为吸附作用,各种形态As（V）离子通过表面扩散和静电吸引作用进入到NAC和MAC孔隙中,完成物理吸附过程。在NAC固相表面,铁氧化物[Fe（OH）2+和Fe（OH）2+)与各种形态的As（V）进行表面络合反应生成Fe2（HAsO4）3和Fe（H2AsO4）3等组分。吸附As（V）前后NAC的XPS分析结果表明,NAC对As（V）的吸附属于配位中心体选择性化学吸附过程。FT-IR和XPS分析表明,MAC中的氧化铁不仅参与水解反应,还在固体表面形成微晶体结构的砷酸铁,-C=O、-OH和-COOH键都参加了吸附反应。铁原子接受外部电子,作为一个电子接受体,起到了路易斯酸的作用,吸附到MAC上的砷主要以砷酸氢根（HAsO42–）形态存在。项目结题时获得如下成果：（1）申请国家发明专利5项,获得授权3项;（2）发表科研论文15篇,其中SCI/EI 收录6 篇,中文核心期刊8篇;（3）培养硕士研究生5人,其中1人考上博士研究生,培养博士研究生1人;（4）为该方向培养科研人员4人。