磁性海藻生物炭制备及高效去除水中甲基橙的应用

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2022-0203

摘要/Abstract

摘要：

采用原位沉淀法制备磁性海藻生物炭复合材料，考察复合材料对水中偶氮染料甲基橙的吸附/氧化去除效果，利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、傅里叶交换红外光谱、N₂吸附脱附仪、X射线衍射仪和磁强计等对复合材料进行表征，考察材料投加量、H₂O₂投加量、pH和温度等条件对去除效果的影响。实验结果表明，复合材料孔隙发达，比表面积达到388.56 m²/g，具有超顺磁性，磁化强度为31.38 emu/g；复合材料去除甲基橙的最佳条件：材料投加量为5 mg，H₂O₂投加量为50 μL，初始pH为3，温度为35 ℃。磁性海藻生物炭复合材料去除甲基橙表现出催化降解和吸附的协同作用，甲基橙的去除率可达99.4%。制备的磁性海藻生物炭复合材料具有稳定、易磁分离和重复利用性好的优点，有开发成为新型水处理剂的潜力。

关键词: 生物炭, 磁性复合材料, 吸附, 催化氧化, 甲基橙

Abstract:

Magnetic seaweed biochar composite was prepared by in-situ precipitation method and used to remove the pollutant methyl orange（MO） by adsorption and catalytic oxidation from polluted water. The samples were characterized by scanning electron microscopy（SEM），transmission electron microscope（TEM），Fourier transform infrared spectroscopy（FTIR），nitrogen adsorption isotherms（BET），X-ray powder diffractometer（XRD） and vibrating sample magnetometer（VSM），and the catalytic oxidation of methyl orange by the composite was studied. The results showed that the composite has rough surface，well-developed pore structure，and superparamagnetism，with specific surface area of 388.56 m²/g，and magnetization of 31.38 emu/g. The best degradation conditions were as follow： the biochar composite dosage of 5 mg，H₂O₂ dosage of 50 μL，the initial pH of 3，and the temperature 35 ℃. The biochar composite has a synergistic effect between catalytic degradation and adsorption，giving rise to the removal rate of MO of 99.4%. Therefore it has the potential to be developed as a new water treatment chemicals，due to the advantages of stability，easy magnetic separation and good reusability.

Key words: biochar, magnetic composites, adsorption, catalytic oxidation, methyl orange

中图分类号:

X703.1

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https://www.iwt.cn/CN/Y2023/V43/I1/76

图/表 9

图1 表征分析

Fig.1 Character analysis

图2 ABc和Fe₃O₄/ABc的FT-IR

Fig. 2 FT-IR spectra of ABc and Fe₃O₄/ABc

图3 ABc和Fe₃O₄/ABc复合材料的XRD

Fig. 3 XRD patterns of ABc and Fe₃O₄/ABc

图4 ABc和Fe₃O₄/ABc的磁滞回线

Fig. 4 Magnetization curves of ABc and Fe₃O₄/ABc composites

图5 不同体系下MO的去除效果

Fig. 5 Effect of different conditions on MO removal

图6 Fe₃O₄/ABc、H₂O₂投加量对MO氧化降解过程的影响

Fig.6 Effect of Fe₃O₄/ABc and H₂O₂ dosage on oxidation and degradation of MO

图7 溶液初始pH对MO降解过程的影响

Fig.7 Effect of initial pH on MO degradation

图8 温度对MO去除效果的影响

Fig. 8 Effect of reaction temperature on MO removal efficiency

图9 叔丁醇抑制剂投加量对MO去除效果的影响

Fig. 9 Effect of tert butyl alcohol inhibitor on MO removal

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