介孔铁基复合氧化物的制备及其对Cr(VI)的吸附性能

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铬是在工业生产被广泛使用的重金属,我国每年都产生数万吨的含铬废水。在含铬废水中,铬主要以Cr(VI)和Cr(III)的形式存在,Cr(VI)的毒性远大于Cr(III)。由于铬污染的严重危害性,我国制定了严格的Cr(VI)废水排放标准。吸附法作为一种低能耗的固相萃取分离方法,具有高效、灵活、经济、易操作等优点,是一种很有应用前景的含铬废水处理方法。纳米材料是理想的分离富集材料,但纳米材料易于团聚,难于固液分离。本论文针对此问题展开研究,合成了系列铁基复合金属氧化物,将之应用于处理Cr(VI)废水,考察了溶液的pH、初始浓度、时间、温度、吸附剂的量、离子强度等因素对吸附Cr(VI)效果的影响。  采用共沉淀法合成出微米级复合金属草酸盐前驱体,通过高温热解前驱体,制备出由纳米晶颗粒构筑而成的介孔铁锰和介孔铁镁复合氧化物。使用不同热解温度可以对铁基复合氧化物材料的比表面积和孔结构进行调控。吸附Cr(VI)的研究表明,在溶液pH值为2.0时吸附效果最佳,吸附等温规律和吸附过程分别符合Langmuir模型和Lagergren二级动力学方程,吸附速率快,饱和吸附容量分别为40.01mg/g和30.12mg/g。  为进一步提升材料的吸附性能,采用焙烧和碱浸处理,分两步致孔合成出具有较高比表面的介孔铁酸镍吸附材料。两步致孔法实现了对产物孔结构的微观调控,有效增大了材料的比表面积,进而实现了铁酸镍材料对水体中Cr(VI)吸附性能的提升。对Cr(VI)的吸附研究表明,溶液pH为2.0时最有利于吸附,吸附等温规律符合Langmuir模型,饱和吸附容量为43.69mg/g。吸附是放热、熵增加、自发快速的物理吸附。吸附动力学符合Lagergren二级速率方程,且温度升高,不利于吸附的进行。吸附完成后,吸附剂在外磁场作用下易于实现固液分离,吸附后的吸附剂可用NaOH溶液脱附再生,循环使用性能良好。  在上述研究基础上,进一步探讨了有机二元羧酸配体对铁基复合氧化物材料物相及吸附 Cr(VI)性能的影响。我们以不同碳链长度和分子结构的二元羧酸草酸、丙二酸、丁二酸和酒石酸为沉淀剂,通过水热-热解法制备了系列多孔铁镍复合氧化物。二元羧酸沉淀剂的碳链长度和分子结构不同,所制备的四种铁镍复合氧化物的物相不同。对Cr(VI)的吸附研究表明,沉淀剂碳链长度增加,吸附剂的吸附能力增强。碳链中碳原子数相同,而羟基基团增加,也可进一步增强吸附剂对 Cr(VI)的吸附能力。
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