磁性碳微球的制備及在Se(IV)、Cr(Ⅵ)廢水處理中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、近年來，使用碳微球作為載體的復(fù)合材料處理水中污染物的研究越來越受到關(guān)注。碳微球表面具有豐富的有機(jī)基團(tuán)，如羧基、羥基等。這些基團(tuán)能很好地與金屬離子結(jié)合，從而為去除廢水中重金屬離子提供了可能性。同時(shí)，碳微球有高的化學(xué)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、大的比表面積等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)使其成為一種理想的載體。然而，碳微球具有自身尺寸較小、密度與水相近的特點(diǎn)，使其在水中難以與水分離，限制了其在水處理中的應(yīng)用。在處理重金屬廢水方面，有不少研究發(fā)現(xiàn)，鐵氧化物能有效去除廢水中

2、的重金屬離子。與其他鐵氧化物相比，四氧化三鐵不僅能去除廢水中的重金屬離子，還具有超順磁性和還原性的特點(diǎn)，因此，在磁場(chǎng)的作用下，四氧化三鐵能與水分離并且可以使重金屬離子還原成難溶于水的零價(jià)金屬，從而去除廢水中的重金屬。然而，四氧化三鐵容易發(fā)生團(tuán)聚，特別是納米級(jí)四氧化三鐵，團(tuán)聚問題尤為嚴(yán)重。通過使四氧化三鐵附著于碳微球表面，一方面能使碳微球帶有磁性，使之更容易與水分離；另一方面，也能避免四氧化三鐵的團(tuán)聚問題。
　　本研究通過簡(jiǎn)易的溶劑

3、水熱法與共沉淀法合成出碳微球與磁性碳微球，并將其應(yīng)用于含Se(IV)和Cr(VI)廢水的處理中。采用單因素法研究了磁性碳微球處理Se(IV)和Cr(VI)的單體系廢水以及Se(IV)-Cr(VI)共存體系廢水中的效能。借助掃描電鏡能譜儀（SEM-EDS）、透射電鏡（TEM）、傅里葉紅外光譜（FTIR）、X射線衍射（XRD）、比表面積分析儀（BET）、振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)（VSM）、X射線光電子能譜（XPS）等表征技術(shù)，分析磁性碳微球復(fù)合材料去

4、除Se(IV)和Cr(VI)廢水的機(jī)理。
　　本研究得出的主要結(jié)論如下：
　?。?）溶劑水熱法制備的碳微球呈球形顆粒，大小比較均勻，其粒徑大小在200nm以下。通過共沉淀法，F(xiàn)e3O4納米顆粒能較均勻地分布在碳微球表面。碳微球和磁性碳微球表面都有豐富的含氧官能團(tuán)，包括-OH、C=O、C=C、C-H、C-OH和COOH。磁性碳微球的吸脫附等溫線屬于典型的IV型等溫線，具有明顯的滯后環(huán)，屬于介孔材料。碳微球和磁性碳微球的孔徑大小

5、集中分布在2-13nm和2-18nm。
　?。?）在初始pH的為3.0-11.0的條件下，初始pH越低，磁性碳微球?qū)e(IV)的去除效果越好。在初始pH為3.0條件下，除磷酸根外，硫酸根、硝酸根、氯離子、碳酸根和硅酸根對(duì)磁性碳微球去除Se(IV)效果的影響很小。
　?。?）磁性碳微球去除Se(IV)的過程可以分為兩步：第一步，水中的Se(IV)與磁性碳微球表面上的Fe3O4形成內(nèi)層絡(luò)合物，從而使水中的Se(IV)轉(zhuǎn)移至磁性

6、碳微球上；第二步，與Fe3O4形成內(nèi)層絡(luò)合物的Se(IV)被 Fe(II)還原成不溶于水的Se0并固定于磁性碳微球表面。
　?。?）碳微球與磁性碳微球能有效去除水中的Cr(VI)，并把Cr(VI)還原為低毒性的Cr(III)。碳微球表面有豐富的含氧基團(tuán)，羧基基團(tuán)通過氫鍵作用與Cr(VI)結(jié)合，從而使水中Cr(VI)的濃度降低。結(jié)合在碳微球表面的Cr(VI)能與碳微球上的C-O基團(tuán)發(fā)生氧化還原作用生成 Cr(III)。在磁性碳微球中

7、，不僅碳微球能對(duì)Cr(VI)有去除效果，F(xiàn)e3O4納米顆粒也能與Cr(VI)形成外層絡(luò)合物并把Cr(VI)還原為Cr(III)，進(jìn)一步提高對(duì)Cr(VI)的去除效率。
　　（5）在Se(IV)-Cr(VI)共存體系的廢水中，被C-O基團(tuán)還原生成的Cr(III)能與碳微球上的羧酸基團(tuán)結(jié)合而聚集在碳微球表面。帶正電荷的Cr(III)能與帶負(fù)電荷的Se(IV)形成Cr(III)-Se(IV)絡(luò)合物，使水中的Se(IV)轉(zhuǎn)移至碳微球表面。因