鞏義市仁源水處理材料廠
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多功能水處理劑次氯酸鈉廠家在含砷廢水處理取得新進(jìn)展
多功能水處理劑次氯酸鈉生產(chǎn)廠家在含砷廢水處理取得新進(jìn)展。仁源水處理材料介紹了MIL-88A(Fe)及其負(fù)載在棉纖維上的環(huán)保制備方法,系統(tǒng)研究了幾種MIL-88A(Fe)材料對無機(jī)砷和有機(jī)砷的吸附性能。本文為MOF材料實(shí)現(xiàn)規(guī)模化處理含砷廢水的提供了新的思路。
引言
砷(As)廣泛應(yīng)用于木材防腐劑,殺蟲劑,藥物,顏料行業(yè),是水環(huán)境中最危險的污染物之一。長期接觸砷污染的水可能導(dǎo)致腹瀉,肌肉無力,神經(jīng)系統(tǒng)疾病,心律不齊,免疫系統(tǒng)受損,癌癥,甚至死亡。
因此,世界衛(wèi)生組織(WHO)建議飲用水中的最大砷含量為10 μ/gL。通常,砷在水環(huán)境中主要以無機(jī)形式的As(V),As(III)和有機(jī)化合物存在。
As(III)具有高毒性,其毒性比As(V)高60倍。有機(jī)砷如ASA和ROX被廣泛用作家禽飼料添加劑,它們排放到水和土壤中,最終可以轉(zhuǎn)化為劇毒的無機(jī)As(III)和As(V)化合物。
因此,無機(jī)和有機(jī)砷的去除是非常重要。到目前為止,已有許多技術(shù)用來去除水溶液中的砷,吸附技術(shù)具有成本低,操作簡單等特點(diǎn),被認(rèn)為是一種有前景的處理技術(shù)。吸附技術(shù)的關(guān)鍵在于吸附劑。常見的吸附劑,如活性炭,金屬氧化物和聚合物已被報道用于砷的脫除。
然而,這些吸附劑面臨著一些問題,如低吸附容量,吸附速度慢。因此,探索對水中的砷污染物具有超強(qiáng)去除效果的環(huán)保吸附劑仍具有挑戰(zhàn)性。
金屬有機(jī)框架(MOF)是由金屬模板和有機(jī)連接基組成的三維框架晶體材料,它具可控的孔隙率,超高比表面積,結(jié)構(gòu)可調(diào)整性等特點(diǎn)。MOF在吸附、能量存儲、傳感、催化等領(lǐng)域已得到廣泛研究。
最近,許多MOF材料,如UiO-66,UiO-67-NH 2和MIL-100(Fe)在砷吸附的領(lǐng)域中取得了一些杰出的成就。目前,MIL-53(Fe),MIL-88A(Fe),MIL-88B(Fe),MIL-100(Fe)和MIL-101(Fe)等鐵基MOF受到越來越多的關(guān)注。
由于出色的水和化學(xué)穩(wěn)定性,F(xiàn)e-MOF與砷污染物之間容易形成Fe-O-As配位作用,F(xiàn)e基MOF已被廣泛應(yīng)用于砷的吸附。
然而,大多數(shù)MIL-88A(Fe)的合成方法都使用危險的有機(jī)溶劑并采用費(fèi)時的水熱條件,限制了其廣泛應(yīng)用。在先前的報道中,我們課題組開發(fā)了一種環(huán)保且高通量的合成方法,可以在室溫下合成MIL-88A(Fe),這為用MIL-88A(Fe)進(jìn)行低成本吸附去除各種砷污染物提供了可能性。
然而,由于溶液的流動可能會導(dǎo)致吸附劑的損失,因此很難實(shí)現(xiàn)連續(xù)的吸附去除。
本文中,通過后合成法和原位生長法在棉纖維上生長了水穩(wěn)定的MIL-88A(Fe)。MIL-88A(Fe)-棉纖維的間歇和連續(xù)吸附實(shí)驗(yàn)表明,MIL-88A(Fe)-棉纖維復(fù)合材料對無機(jī)As(III),無機(jī)As(V),ASA和ROX具有優(yōu)異的吸附能力,并研究了其吸附動力學(xué),熱力學(xué),影響因素和機(jī)理。這項工作為吸附劑負(fù)載在天然棉等基質(zhì)上從水中吸附環(huán)境污染物提供了一種新的可能。
圖文導(dǎo)讀
圖1 MIL-88A(Fe)的SEM(a-c)和TEM圖
圖2 MC-1(a-b),MC-2(d-e)的SEM圖;MC-1(c)和MC-2(f)的EDS圖
圖3 MC-1和MC-2的XPS譜圖(a),高分辨率C 1s(b),O 1s(C)和Fe 2p圖
圖4 MIL-88A(Fe)對不同pH的砷污染物的吸附:(a) ROX, (b) ASA, (c) As(V), and (d) As(III)
圖5 MIL-88A(Fe)對純水、自來水、湖水和雨水中的砷吸附:(a) ROX, (b) ASA, (c) As(V), and (d) As(III)
圖6 (a)吸附前,(b)吸附As(V)后,(c)吸附As(III)后,(d)ASA吸附后和(e)ROX吸附后MIL-88A(Fe)的元素圖譜
圖7 MIL-88A(Fe)吸附ROX前后的(a)C 1s,(b)O 1s,以及(c)Fe 2p高分辨率XPS光譜
圖8 MIL-88A(Fe)與四種不同砷污染物之間的相互作用機(jī)理
圖9 MC-1對純水,自來水,湖水和雨水中的砷吸附性能:(a)ASA,(b)ROX,(c)As(V)和(d)As(III)
圖10 MC-2對純水,自來水,湖水和雨水中的砷吸附性能:(a)ASA,(b)ROX,(c)As(V)和(d)As(III)
圖11 (a)MIL-88A(Fe),(b)MC-1和(c)MC-2吸附后的殘留砷溶液;(d)吸附過程中溶液中鐵的濃度
圖12 (a)固定床柱吸附的研究設(shè)備和(b)ROX在MC-1上的穿透曲線
小結(jié)
總之,本文通過溫和的方法在室溫下合成了具有良好結(jié)晶的六角棒狀MIL-88A(Fe),它對無機(jī)和有機(jī)砷污染物表現(xiàn)出優(yōu)異的吸附能力。
MIL-88A(Fe)對As(III),As(V),ROX和ASA 的最大吸附容量分別為126.5、164.0、261.4和427.5 mg/g,高于大多數(shù)同類吸附劑。
四種砷在MIL-88A(Fe)上吸附遵循準(zhǔn)二級動力學(xué)模型和Langmuir等溫線模型。MIL-88A(Fe)優(yōu)異的吸附性能歸因于砷污染物與MIL-88A(Fe)之間的強(qiáng)配位相互作用。
為了獲得良好的可回收性和便于分離,通過后合成方法和原位生長方法將MIL-88A(Fe)負(fù)載在棉纖維上,獲得了MC-1和MC-2復(fù)合材料,該復(fù)合材料對無機(jī)和無機(jī)纖維具有相同的優(yōu)異去除效率。柱吸附實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明了MC-1和MC-2可規(guī)模化處理含砷廢水。
這項工作表明,MIL-88A(Fe)負(fù)載的棉纖維對實(shí)際水中的砷污染物的捕獲具有較大的應(yīng)用前景。
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