铁改性废白土炭基材料去除水中溴酸盐和重铬酸盐的研究

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活性白土主要成分为Al2O3和SiO2,由于其具有多孔结构和较大的表面积被广泛用于油脂的精炼,经过吸附油脂后的活性白土被称为废白土。废白土表面残余大量油脂,需妥善处理,否则将造成环境污染和资源浪费。在缺氧条件下,将废白土制成废白土炭(C/SBE),可作为新型水处理材料实现以废治废的目的。在本研究中,围绕水体典型污染物溴酸盐和重铬酸盐,制备铁改性废白土炭基材料(FexOy@C/SBE),考察其对污染物的去除特性及相关影响因素,通过对材料物化特性、表面官能团进行表征,进一步探索了去除机理。研究内容主要包括:(1)围绕水体消毒副产物溴酸盐,在25oC,投加量为0.1g/L的条件下,材料FexOy@C/SBE对溴酸盐的去除容量可以达到225.90 mg/g,动力学过程符合伪二级动力学,表明是溴酸盐的去除受化学反应控制。Langmuir模型拟合的相关系数较Freundlich模型高,说明溴酸盐的去除过程符合单分子反应层的假设。在pH值为3.12时,无论是C/SBE还是FexOy@C/SBE都能将20mg/L的溴酸盐去除完全。X射线衍射(XRD)与红外光谱(FTIR)分析结果证实FexOy@C/SBE表面负载铁氧化物的主要成分是Fe0与Fe3O4,其中XPS检测结果显示Fe2+/Fe3+=1.3。溴酸盐的去除过程以化学还原占主导,其中一部分溴酸盐直接被吸附去除。(2)围绕水体重金属污染物重铬酸盐,对材料FexOy@C/SBE的制备进行了优化,设计铁含量由0.03mol增加至0.05mol,BH4-/Fe2+的比例为6,当重铬酸盐初始浓度为5mg/L(以Cr计)时,材料投加量为0.2g/L时,温度为25oC,反应4小时后,去除率达91.2%,反应过程符合伪二级动力学,说明去除重铬酸盐以化学反应为控制步骤,Langmuir模型更好地拟合去除重铬酸盐的等温线平衡数据。对比优化前后的材料FexOy@C/SBE的去除效果,结果表明:经过优化后,当初始重铬酸盐浓度为10mg/L时,去除率从60.21%提高到81.25%。考察共存阴离子的影响,各离子影响大小顺序为:PO43->SO42->BrO3-。XRD和FTIR表征结果显示优化后材料中的铁主要以Fe0和Fe2O3形式存在。XPS分析结果表明材料中Fe2+/Fe3+为1.0,Fe0的含量为10.03%,反应后材料上检测出Cr(III),表明反应路径为Cr(VI)被FexOy@C/SBE还原为Cr(III),而后被沉淀去除。厌氧环境对重铬酸盐的去除有促进作用。
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