氧化铁/聚吡咯复合吸附剂的合成及其吸附去除水中Cr(Ⅵ)的性能

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六价铬Cr(Ⅵ)是典型的“三致”(致癌性、致突变性和致畸性)物质,是工业排放废水和饮用水中严格限定的重金属离子污染物之一。吸附是去除水体中Cr(Ⅵ)最简便高效的方法,但现有的粉体吸附剂存在分离困难、循环利用率低、进而导致成本较高等缺点。本文以具有磁分离特性的Fe3O4粒子为衬底,将具有优异Cr(Ⅵ)离子吸附性能的聚吡咯(PPy)与其复合,制备得到具有磁分离功能的复合吸附剂,系统研究了不同形貌的Fe3O4粒子及Fe3O4/PPy复合吸附剂的合成与形貌特征,考察了复合吸附剂的Cr(Ⅵ)吸附性能和磁分离循环利用性能,并对影响吸附性能的因素及机理进行了研究和探讨。  分别采用溶剂热法、水浴法、共沉淀法和水热法制备了实心球状、海胆状、片状、花球状等四种不同形貌的Fe3O4衬底,并用高铁离子自氧化法合成了Fe3O4/PPy复合吸附剂。形貌分析和磁性测试结果表明,Fe3O4/PPy中衬底的原始形貌发生了改变,磁性减弱甚至消失,丧失了磁分离功能。  以Fe3O4花球为衬底,采用过硫酸铵氧化法合成了三维多级孔结构的Fe3O4/PPy复合吸附剂。运用场发射扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)、多功能表面分析系统(XPS)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)、比表面积及孔径分析仪(BET)、振动样品磁强计(VSM)等仪器对材料的形貌、磁性、组成、结构、官能团、比表面积等进行了表征及分析测试。结果表明所合成的材料包覆均匀,磁响应性良好,保留了Fe3O4的尖晶石结构。系统研究了Fe3O4/PPy复合吸附剂在处理含Cr(Ⅵ)废水的过程中Cr(Ⅵ)溶液的pH值、初始浓度和吸附温度等对吸附性能的影响,分析了热力学、动力学反应机制,探讨了吸附反应机理。结果表明,Fe3O4/PPy复合吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附过程在热力学上为吸热过程和嫡增过程,遵循Langumir吸附模型,在动力学上遵循准二级速率模型,说明Cr(Ⅵ)在复合吸附剂上的吸附为单分子层吸附。吸附后吸附剂表面的XPS谱表明,吸附过程中同时发生了离子交换和还原反应。经过四次吸附-解吸循环实验,复合吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附能力达到初始吸附能力的83%,证明其具有较好的重复利用性能。
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