纳米MnO2炭基复合材料的制备及吸附去除水中LaⅢ离子性能研究

文档摘要：稀土是一种珍贵的战略资源,但其开发冶炼过程会产生大量废水并造成严重的环境污染,因此如何高效吸附去除废水中稀土离子被大量研究.通过共沉淀法将纳米MnO2负载至生物炭(Biochar,BC)表面,得到纳米MnO2炭基复合材料(Nano-MnO2CarbonMatrixComposites,MBC),并用于吸附去除废水中的La(Ⅲ)离子.研究通过表征分析材料的物理和化学结构变化,考察了应用环境条件对MBC吸附La(Ⅲ)离子性能的影响,在308K、pH=6.0条件下,0.55g/LMBC对20mg/LLa(Ⅲ)离子模拟废水进行吸附处理,24h后吸附效率达到95.65％.吸附动力学、等温线和热力学研究显示,MBC对La(Ⅲ)离子的吸附过程符合拟一级动力学模型和Langmuir模型,为单分子层吸附,最大吸附质量比可达43.49mg/g;通过D-R模型计算的Es为23.12kJ/mol,表明吸附过程偏向于化学吸附,且是自发的吸热过程.MBC经5次循环后,吸附性能仍达到初始吸附质量比的79.18％,MBC作为炭基吸附剂用于吸附水中的La(Ⅲ)离子,展现出一定的应用前景.

Abstract：Inthisstudy,nano-MnO2isloadedontothesurfaceofbiochar(BC)bytheco-precipitationmethodtopreparenano-MnO2carbonmatrixcomposites(MBC),whicharelaterappliedtotheadsorptionandremovalofLa(Ⅲ)ionsfromwastewater.Inexperiments,characterizationmethodssuchasSEM,EDS,BET,XRD,FT-IR,andXPSshowthatthepreparedMBCfeaturesarichporousstructureonthesurfaceandaspecificsurfaceareaof149.63m2/g,bothofwhichareconducivetotheabsorptionofLa(Ⅲ)ions.Thesignificantchangeinthecontentoffunctionalgroupssuchas-OH,C-H,O-H,Mn-OpromotestheionexchangeprocessandcontributestotheadsorptionofheavymetalsbyMBC.Adsorptionkinetics,adsorptionisotherm,andadsorptionthermodynamicsmodelsareusedtofittheexperimentaldata.Inaddition,thesingle-factorvariablemethodisadoptedtoexploretheinfluenceofapplicationenvironmentalconditionssuchasthepHvalue,reactiontime,andinitialmassconcentrationofLa(Ⅲ)ionsontheadsorptionperformanceofMBCforLa(Ⅲ)ions.Accordingtotheexperimentresults,theadsorptionefficiencyof20mg/LLa(Ⅲ)ionsfromsimulatedwastewaterreaches95.65％after24-hour-longadsorptionat308K,pH=6.0withtheMBCdosageas0.55g/L.Besides,theadsorptionprocessofLa(Ⅲ)ionsbyMBCisconsistentwiththequasi-first-orderkineticmodelandtheLangmuirmodel,indicatingthattheadsorptionprocessissinglemoleculeadsorptionwithamaximumadsorptioncapacityof43.49mg/g.Comparedwiththeadsorptioncapacityofotheradsorbents,thehigheradsorptioncapacityofMBCprovesitsbetteradsorptioncapacity.TheEsvaluecalculatedbytheD-Rmodelis23.12kJ/mol,meaningthattheadsorptionprocessisbiasedtowardschemisorptionandisaspontaneousendothermicprocess.After5cyclesofadsorption-desorption,theadsorptionperformanceofMBCremainedat79.18％oftheinitialvalue.Tosumup,MBCisapromisingcarbon-basedadsorbentandisexpectedtoshowgreatpotentialtoremoveLa(Ⅲ)ionsinwater.

作者：邹成龙  吴群  徐志威  聂发辉Author：ZOUChenglong  WUqun  XUZhiwei  NIEFahui
作者单位：华东交通大学土木建筑学院,南昌330013
刊名：安全与环境学报 ISTICPKU
Journal：JournalofSafetyandEnvironment
年，卷(期)：2024, 24(6)
分类号：X522
关键词：环境工程学  稀土离子  镧  生物炭  纳米MnO2  吸附  
Keywords：environmentalengineering  rareearthion  lanthanum  biochar  nano-MnO2  adsorption  
机标分类号：TB332X703O647.33
在线出版日期：2024年7月4日
基金项目：江西省自然科学基金面上项目，江西省自然科学基金青年项目，江西省研究生创新专项资金项目，江西省博士后研究人员日常经费资助项目纳米MnO2炭基复合材料的制备及吸附去除水中La(Ⅲ)离子性能研究[
期刊论文]  安全与环境学报--2024, 24(6)邹成龙  吴群  徐志威  聂发辉稀土是一种珍贵的战略资源,但其开发冶炼过程会产生大量废水并造成严重的环境污染,因此如何高效吸附去除废水中稀土离子被大量研究.通过共沉淀法将纳米MnO2负载至生物炭(Biochar,BC)表面,得到纳米MnO2炭基复合材料(Nano...参考文献和引证文献
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关键词：环境工程学,稀土离子,镧,生物炭,纳米MnO2,吸附,

2024-10-4 01:30 上传 纳米MnO2炭基复合材料的制备及吸附去除水中LaⅢ离子性能研究.pdf

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