来源:Frontiers of Environmental Science & Engineering 发布时间:2022/4/20 16:42:00
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FESE | 前沿研究:超稳定、超疏水、可循环利用的生物吸附剂实现酸性废水中高铼酸盐的选择性高效分离

论文标题:Effective and selective separation of perrhenate from acidic wastewater by super-stable, superhydrophobic, and recyclable biosorbent . (超稳定、超疏水、可循环利用的生物吸附剂实现酸性废水中高铼酸盐的选择性高效分离)

期刊:Frontiers of Environmental Science & Engineering

作者:Hui Hu , Lei Jiang, Longli Sun, Yanling Gao, Tian Wang, Chenguang Lv

发表时间:08 Jun 2021

DOI:10.1007/s11783-021-1456-9

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原文链接(点击“阅读原文”直接获取)

https://journal.hep.com.cn/fese/EN/10.1007/s11783-021-1456-9

文章出版:Front. Environ. Sci. Eng. 2022, 16(2): 21

原文信息

题目:

Effective and selective separation of perrhenate from acidic wastewater by super-stable, superhydrophobic, and recyc lable biosorbent

作者:

Hui Hu ()1, Lei Jiang1, Longli Sun1, Yanling Gao1, Tian Wang2, Chenguang Lv1

作者单位:

1 Fuzhou University, China

2 Army Infantry College, China

通讯作者邮箱:

huhui@fzu.edu.cn

关键词:

Selectivity (选择性);

Adsorption (吸附);

Re(VII);

ZnO;

Biochar (生物炭)

文章亮点

• 采用溶剂热裂解法制备了ZnO-生物炭复合材料;

• 超疏水复合材料适用于选择性回收Re(VII);

• 通过实验和材料表征,阐明了吸附机理。

文章简介

由于优异的物理化学性质,铼在航空航天、国防、冶金、石化、医药、核化学和电子等领域被广泛使用,然而铼主要以微量元素的形式存在于铜矿物中,最终在铜冶炼酸性废水 (CSAW, pH= 1)中形成高铼酸盐(ReO4¯)。从工业废水中回收高铼酸盐具有巨大的经济效益和资源回用价值,其中吸附法作为一种经济有效的铼分离技术备受关注。在过去几十年中,已发展了多种用于微量铼分离的吸附材料,如活性炭、石墨烯、水凝胶、层状双氢氧化物(LDH)和金属有机框架(MOFs)等,但整体仍存在吸附剂成本偏高、选择性不足和稳定性较弱等问题。

为了解决以上问题,本研究开发了氧化锌纳米颗粒/生物炭杂化复合材料ZBC,构建了以生物炭为基底的超疏水表面用于铼的高效选择性吸附。一方面,生物炭具有原料广泛、易于合成、孔隙率高、官能团丰富、环境友好等优点,是一种优异的纳米颗粒载体;另一方面,高疏水的氧化锌纳米颗粒表现出对高铼酸盐(低电荷密度阴离子)的超强亲和力,同时低成本、无毒、大比表面积等优点使其成为优异的铼选择性吸附剂。ZBC结合了生物炭和氧化锌纳米粒子的优点,并克服了氧化锌纳米颗粒在实际应用中难以操作、易于团聚等问题,提高了氧化锌纳米颗粒的稳定性,实现了在强酸性工业废水中对铼的高选择性回收。

图1 文章摘要图

研究结果表明,ZBC对高铼酸盐的吸附性能优于先前文献报道的其他吸附剂,同时ZBC在多次循环中吸附容量未出现明显降低。在强竞争离子存在的环境中,ZBC表现出优异的铼选择性,在实际CSAW废水处理中也取得优异的吸附性能。对ZBC吸附机理的研究表明,强酸性条件下铼主要被氧化锌纳米颗粒表面羟基的质子化位点所吸附。

综上,ZBC是一种高效、高性价比的吸附剂,可选择性地高效吸附工业废水中的铼。本研究为高选择性生物吸附剂在金属离子回收中的潜在应用提供了新的思路。

图2 ZBC对高铼酸盐的吸附效果图

编委点评

如何实现复杂基质(如工业废水)中微量重金属的选择性分离对保障水质安全至关重要,这对高性能环境功能材料提出了很高的要求。本研究构建了纳米氧化锌/生物炭超疏水表面,通过疏水、配位等多种功能的协同作用实现了酸性废水中高铼酸盐的选择性高效分离,所得复合纳米材料具有高容量、高选择性和高稳定性等优点,生物炭基载体的低成本特点也有利于材料的潜在应用。本研究不仅对高铼酸盐污染控制具有参考与借鉴意义,其多重作用协同的设计理念也对其他复杂废水中微量污染物的选择性分离具有较强的启发价值。

编者 | 程思凯

点评 | 张孝林

致 谢

张孝林,男,南京大学副教授,国家优青,FESE青年编委。主要研究方向为砷氟污染控制材料与技术。以第一/通讯作者在Adv. Funct. Mater.、Environ. Sci. Technol.、WaterRes.、Engineering等刊物上发表研究论文40余篇,获授权中外发明专利10余项,主持国家自然科学基金等各类项目5项,获江苏省科学技术(基础类)一等奖(4/9)、环境保护科学技术二等奖(3/9)与日内瓦国际发明展金奖。

程思凯,男,25岁,南京大学环境学院2019级环境工程专业直博生,导师为张孝林副教授,研究方向为水处理纳米技术与原理。

摘要

The recovery of scattered metal ions such as perrhenate (Re(VII)) from industrial effluents has enormous economic benefits and promotes resource reuse. Nanoscale-metal/biochar hybrid biosorbents are attractive for recovery but are limited by their insufficient stability and low selectivity in harsh environments. Herein, a superstable biochar-based biosorbent composed of ZnO nanoparticles with remarkable superhydrophobic features is fabricated, and its adsorption/desorption capabilities toward Re(VII) in strongly acidic aqueous solutions are investigated. The ZnO nanoparticle/biochar hybrid composite (ZBC) exhibits strong acid resistance and high chemical stability, which are attributable to strong C-O-Zn interactions between the biochar and ZnO nanoparticles. Due to the advantages of its hydrolytic stability, superhydrophobicity, and abundance of Zn-O sites, the ZBC proves suitable for the effective and selective separation of Re(VII) from single, binary and multiple ion systems (pH= 1), with a maximum sorption capacity of 29.41 mg/g. More importantly, this material also shows good recyclability and reusability, with high adsorption efficiency after six adsorption-desorption cycles. The findings in this work demonstrate that a metal/biochar hybrid composite is a promising sorbent for Re(VII) separation.

期刊简介

《前沿》系列英文学术期刊

由教育部主管、高等教育出版社主办的《前沿》(Frontiers)系列英文学术期刊,于2006年正式创刊,以网络版和印刷版向全球发行。系列期刊包括基础科学、生命科学、工程技术和人文社会科学四个主题,是我国覆盖学科最广泛的英文学术期刊群,其中13种被SCI收录,其他也被A&HCI、Ei、MEDLINE或相应学科国际权威检索系统收录,具有一定的国际学术影响力。系列期刊采用在线优先出版方式,保证文章以最快速度发表。

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