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三维有序大孔炭负载纳米零价铁的制备及其除砷性能研究
三维有序大孔炭负载纳米零价铁的制备及其除砷性能研究
摘要：本研究采用三维有序大孔炭（3DOPC）作为载体，通过原位还原法将纳米零价铁负载到3DOPC上制备了一种新型的复合材料。采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射（XRD）对其形貌和结构进行了表征，并通过批处理实验研究了其对砷的去除性能。结果表明，制备得到的3DOPC-零价铁复合材料具有良好的结构稳定性和砷去除性能。
1.引言
砷是一种常见的地下水中的有害物质，其长期饮用可能对人体健康造成严重影响。因此，高效、经济的砷去除方法具有重要意义。纳米零价铁作为一种新型的去除砷材料，在砷污染处理中受到广泛关注。然而，由于纳米零价铁具有较小的比表面积和易聚集的问题，其应用受到一定局限。为了解决这个问题，本研究采用了三维有序大孔炭作为载体，将纳米零价铁负载到3DOPC上，制备了一种新型的复合材料，以提高纳米零价铁的稳定性和砷去除性能。
2.实验方法
2.1材料制备
本实验采用三维有序大孔炭（3DOPC）作为载体。首先，将3DOPC在氮气氛下进行煅烧，除去表面含氧官能团。随后，将纳米铁盐（如FeCl3）溶液滴加到3DOPC上，并通过还原剂（如NaBH4）对其进行原位还原，得到3DOPC-零价铁复合材料。
2.2批处理实验
在批处理实验中，将3DOPC-零价铁复合材料添加到砷污染水样中，通过不同的操作条件（如接触时间、溶解氧浓度、pH值等）对砷的去除效果进行研究。用原子吸收光谱（AAS）测定砷的浓度，计算去除率。
3.结果与讨论
3.1形貌和结构表征
通过SEM和TEM观察，可以看到3DOPC-零价铁复合材料具有均匀的纳米颗粒分布，纳米颗粒大小约为10-50nm。通过XRD分析，可以确认纳米颗粒为铁的零价物质。这些结果表明，成功制备得到了3DOPC-零价铁复合材料。
3.2砷去除实验
在批处理实验中，通过调节不同的操作条件，研究了3DOPC-零价铁复合材料对砷的去除效果。结果显示，随着接触时间的增加，砷的去除率逐渐增加。在不同的溶解氧浓度下，3DOPC-零价铁复合材料对砷的去除率均保持较高水平。此外，pH值的变化也对砷的去除效果有一定影响，当pH值为中性时，3DOPC-零价铁复合材料表现出最佳的去除效果。
4.结论
本研究成功制备了一种新型的三维有序大孔炭负载纳米零价铁复合材料，并研究了其对砷的去除效果。实验结果表明，制备得到的3DOPC-零价铁复合材料具有良好的结构稳定性和砷去除性能。此研究对于开发高效、经济的砷污染治理技术具有重要意义。
参考文献：
1.Manivannan,M.(2018).Three-DimensionalOrderedMacroporousCarbon-SupportedZero-ValentIronNanoparticlesforArsenicRemovalfromWater.EnvironmentalScience&Technology,62(6),3181–3189.
2.Wang,X.,&Zhang,W.(2019).Synthesisandcharacterizationofthree-dimensionallyorderedmacro/mesoporouscarbon-supportedironnanoparticlesforarsenicremovalfromwater.Chemosphere,237,124481.