钢渣负载粉末活性炭水处理残渣去除雨水中的铜：一种可持续的环境修复策略

《Journal of Environmental Management》：Copper removal from stormwater using powdered activated carbon water treatment residual coated steel slag

本文开发了一种新型吸附剂PAC-SS（粉末活性炭水处理残渣涂层钢渣），用于高效去除雨水中的Cu2+。研究通过SEM-EDS和FTIR表征证实了材料的结构特性，并系统评估了其吸附动力学、抗干扰能力（除冰盐、腐殖酸、竞争金属）和再生性能。柱实验表明PAC-SS对实际雨水中多种污染物具有稳定去除效果（Cu2+去除率82–87%），为工业副产物资源化利用和雨水污染控制提供了新技术路径。

　　

章节亮点

吸附剂材料表征

图1展示了原始钢渣和PAC-SS的扫描电镜-能谱分析结果。对比图1a和1c可确认钢渣表面形成了均匀的PAC-WTR涂层，涂层后表面呈现更丰富的多孔结构，表明可用于Cu²⁺吸附的活性位点增加。能谱结果进一步证实涂层后碳含量提升213%（从9.7%增至30.4%），而PAC-SS表面最主要的金属元素为铁和钙。

傅里叶变换红外光谱分析揭示了Cu²⁺吸附的关键机制。涂层后PAC-SS在3400 cm^-1处出现显著羟基峰，在1700-1000 cm^-1区间出现羧基/碳氧键特征峰。吸附Cu²⁺后这些峰发生位移或强度变化，表明羟基和羧基官能团通过化学吸附作用捕获铜离子，同时离子交换也参与吸附过程。

吸附剂性能研究

批次吸附实验显示PAC-SS对Cu²⁺的吸附呈现快速-缓慢两阶段特征：前3小时去除率达75%，12-24小时达到平衡。增加吸附剂用量可显著提升去除效率，当PAC-SS剂量从5 g/L增至40 g/L时，Cu²⁺去除率从45%提升至97%。

除冰化学品影响实验发现，NaCl、CaCl₂和MgCl₂在0.001-0.1 M浓度范围内对Cu²⁺去除影响有限。而共存物质实验表明，腐殖酸、Pb²⁺和Zn²⁺分别使Cu²⁺去除率降低29.5%、25.1%和7.9%，说明有机质和铅离子对吸附竞争较强。

脱附与再生实验显示，吸附后的Cu²⁺在除冰盐环境中保持稳定，而用0.1M和1.0M HCl解吸可分别回收70.1%和76.8%的铜离子。经过5次吸附-解吸循环，PAC-SS仍保持73%以上的Cu²⁺去除率，展现良好再生能力。

结论

PAC涂层钢渣被证实是一种高效的雨水铜离子吸附剂。其吸附机制涉及化学吸附和离子交换，且对除冰盐具有较强抗干扰能力。柱实验验证了其在实际雨水处理中的长期稳定性，为工业副产物的高值化利用和雨水污染控制提供了新技术方案。