重金属污染给公共健康和环境带来很大威胁,尤其是一些工业污水,如电镀、冶金、电池制造废水,通常这些工业废水中含有较高的重金属元素,经过预处理后往往还有较低浓度的重金属离子,环境排放受到限制,且很多吸附剂在遇到此种情况时不但去除效果欠佳,而且还会因为自身视密度低、粒径小,在实际应用中存在固液分离困难等原因,继而引发二次污染。由此本课题提出开发一种去除水中重金属元素的技术,使其既可以有效去除水中重金属元素,还可以循环多次利用,达到环境与效益共赢的效果。在各种类型的吸附剂中,具有水解性质的氧化物与重金属具有很好的化学亲和力,而在这些金属氧化物中,锰氧化物化学性质稳定且与重金属离子的亲和力强;而Fe₃O₄不但具有良好的磁性能,同时还有一定的吸附性能,与锰氧化物结合形成复合吸附剂,使得复合后的材料不但能够吸附去除水中重金属,同时还能利用外加磁场进行回收循环利用。本研究通过水热合成法制备了具有核壳结构的复合磁性材料MnO₂-Fe₃O₄;研究了其对水中重金属离子(Cu²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺、Pb²⁺)的吸附去除率及吸附去除去除量;探讨了环境因素对其吸附去除率的影响;揭示了核壳结构MnO₂-Fe₃O₄的吸附机制;并考察了该复合磁性材料MnO₂-Fe₃O₄的脱附及多次循环应用于水中重金属的脱除效果。本文利用IR、Zeta电位、ICP等方法研究了核-壳结构MnO₂-Fe₃O₄吸附水中重金属的界面结构、重金属元素吸附效果及吸附机制。研究结果表明:重金属离子在MnO₂-Fe₃O₄表面是单分子层吸附;盐效应试验说明了重金属离子与吸附剂发生的是外层络合反应,在外层生成较稳定络合物;核壳结构MnO₂-Fe₃O₄对Cu²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺、Pb²⁺的吸附去除率分别为:99.81%、99.76%、83.25%、98.15%;通过Langmuir等温吸附曲线计算了吸附饱和量,MnO₂-Fe₃O₄对Cu²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺、Pb²⁺的饱和吸附量分别为498.575,439,416.5,490.5mg/g;红外光谱结合Zeta电位分析了该吸附机理,发现核壳结构MnO₂-Fe₃O₄在吸附过程中起决定作用的成分是MnO2,其通过表面-OH上的H与水溶液中的重金属离子发生交换而达到吸附去除重金属的目的,即发生了离子交换;实验结果表明了核壳MnO₂-Fe₃O₄是一种高效率的去除水中重金属元素的吸附材料。脱附及循环吸附结果表明:该核壳MnO₂-Fe₃O₄具有优异的脱附再生及循环利用性能,以HCl作为脱附剂,核壳MnO₂-Fe₃O₄经过5次吸附-脱附循环后对重金属离子仍有较强好的吸附效能,且5次吸附循环中该吸附剂对Cu²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺的累积吸附量均在2475mg/g以上,对Zn²⁺的累积吸附量约为2107.5mg/g。