活性氮化硼的制备、表征及其对重金属离子的吸附特性研究

重金属离子是工业废水中的重要污染物,常规吸附剂吸附量低、吸附速度慢.对此,本文将吸附量大、吸附速度快的活性氮化硼(A-BN)吸附剂引入重金属污染领域,采用三聚氰胺(C_(3)H_(6)N_(6))和硼酸(H_(3)BO_(3))作为前驱体,以摩尔比例1∶2混合,制备了比表面积为944.526 m^(2)/g、介孔孔体积为0.324 cm^(3)/g的A-BN材料,并探究了废水中Cu^(2+)、Pb^(2+)和Cd^(2+)的相互作用以及A-BN的吸附行为机理.结果表明:①在单一体系中,A-BN吸附量的大小表现为Pb^(2+)>Cd^(2+)>Cu^(2+),但在三元体系中重金属离子会发生相互作用,即Cu^(2+)对Pb^(2+)的吸附具有协同作用,而对Cd^(2+)的吸附具有拮抗作用,Pb^(2+)对Cd^(2+)的吸附在30 min内具有拮抗作用,30 min后具有协同作用.同样,Pb^(2+)对Cu^(2+)的吸附具有协同作用,而Cd^(2+)对Cu^(2+)的吸附具有拮抗作用,Cd^(2+)对Pb^(2+)的吸附具有协同作用.②针对A-BN吸附Cu^(2+)、Pb^(2+)和Cd^(2+),发现其对Cu^(2+)、Pb^(2+)和Cd^(2+)的吸附均符合Langmuir等温吸附模型,说明吸附过程主要受化学吸附控制.③利用XPS分析A-BN吸附后表面化学态,发现Cu^(2+)与A-BN结合形成Cu(OH)_(2)和—OCu,Pb^(2+)和Cd^(2+)与A-BN结合,形成PbCO_(3)、Cd(OH)_(2)和CdCO_(3).其吸附机理包括表面-NH_(2)与重金属离子形成络合物、-OH的H与重金属离子发生离子交换、-O与重金属离子通过静电相互作用结合形成的3种吸附机制.研究显示,A-BN是一种吸附量大、吸附速度快的新型吸附剂,可解决实际水体环境中的重金属污染问题.

硫掺杂氮化硼的制备及其对气相重金属的吸附特性研究

目前对焚烧烟气中重金属的控制以活性炭烟气喷射技术为主,然而该吸附剂高温(>150℃)下性能较差,吸附温度窗口较窄,因此开发耐高温非碳基吸附剂对于焚烧烟气中重金属的控制意义较大.以硼酸及三聚氰胺作为前驱体原料,将硫脲作为硫源掺杂进前驱体,经高温扩散后制备得到一种新型硫掺杂改性氮化硼(S-BN)吸附剂,并进行气相重金属高温吸附试验研究.结果表明:①S-BN吸附剂表面呈棱状结构,内部孔隙结构明显,不同S掺杂摩尔比下的形貌结构有一定差异.S-BN吸附剂内部孔体积范围为0.17~0.39 cm^(3)/g,孔径分布范围为0.85~284.39 nm,平均孔径为2.95~4.19 nm,属于典型的中介孔多孔吸附剂.②当S掺杂摩尔比为0.50且1300℃下煅烧5 h时,获得的S-BN吸附剂比表面积最大,达524.17 m^(2)/g.S-BN吸附剂对气相重金属的最佳吸附温度为150~200℃.吸附过程中前5 min的吸附速率较快,并且在10 min内基本达到吸附饱和状态.③吸附过程动力学拟合分析发现,低温下S-BN吸附剂对重金属的吸附过程以物理吸附为主导,随着温度的升高,吸附过程逐渐转变为以化学吸附为主导.研究显示,该试验制得的新型S-BN吸附剂拥有较高的比表面积,其对气相重金属的饱和吸附量可以达到54.15~74.13 mg/g,对于气相重金属锌的吸附能力是活性炭的1.9~10.0倍,并且在相对高温(300℃)的吸附条件下仍可以保持较好的吸附能力.