高铁酸钾对水中重金属的去除及缓释型高铁酸钾的释放性能研究

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工业活动加快了环境污染,重金属在工业中的重要性使其应用非常广泛,但重金属污染物排入环境后,会对环境和人类造成相当严重的危害。如矿山和工业废水中常含有的砷(As)、铅(Pb)、锑(Sb)等,其积累将会导致生态系统恶化。为缓解我国重金属的污染,本课题尝试利用高铁酸钾极强的氧化性及反应过程中水解产物的吸附絮凝作用,对水中砷、铅、锑的单独污染和复合污染进行性能研究和机理探讨;而高铁酸钾由于在溶液中的不稳定性限制了它的实际应用,因此,本文研制了缓释型高铁酸钾复合体,探索其缓释性能和释放模型,为今后治理地下水中的重金属污染提供一条新的解决思路。  首先,本文以传统湿式氧化法为基础,通过正交实验,对制备中消耗最多、对设备腐蚀最为严重的KOH用量进行优化。根据K2FeO4产物的FTIR、XRD、UV-vis、SEM、EDS、TEM表征结果表明,为高纯度高铁酸钾晶体,纯度可达95%,且晶体较稳定;根据高铁酸钾水解产物的FTIR、XRD可以得出其为铁水氧化物中弱晶质的2线水铁矿,具有丰富的表面活性位点,是良好的吸附材料。  其次,通过高铁酸钾对砷、铅、锑单独污染和复合污染的去除进行性能研究和机理探讨。研究结果表明,当单独As(Ⅲ)、Pb(Ⅱ)、Sb(Ⅲ)初始浓度为2mg/L时,K2FeO4对其吸附过程进行的很快,反应进行5 min时目标物的去除率可分别达99.2%、99.5%和68.6%,以准二级动力学方程拟合最优;吸附等温线分别符合Langmuir-Freundlich模型(R2=0.9941)、Langmuir模型(R2=0.9961)和Freundlich模型(R2=0.9804),拟合最大吸附量理论值分别可达108.41 mg/g、196.08 mg/g和55.38 mg/g; K2FeO4去除砷、锑随着pH升高而降低,吸附铅随着pH升高而增加。  再者,当复合As(Ⅲ)、Pb(Ⅱ)、Sb(Ⅲ)的初始浓度都为2mg/L,起始pH=6.5时,50 mg/LK2FeO4能有效去除三种重金属,起始吸附速率为Pb(Ⅱ)>Sb(Ⅲ)>As(Ⅲ)。其中,As(Ⅲ)与Pb(Ⅱ)属于竞争关系;As(Ⅲ)与Sb(Ⅲ)属于协同关系。砷和锑都随着pH升高而呈现下降的趋势,而铅离子是随着pH升高而增加,若要合理利用K2FeO4的氧化吸附效果,溶液pH需要小于7,从而使砷、铅、锑同时达到较好的去除效果。  最后,以十八醇、醋酸纤维素分别为包裹壁材,高铁酸钾为包裹芯材,制备基质型高铁酸钾复合体(A-K2FeO4)和骨架型高铁酸钾复合体(B-K2FeO4),研究其缓释性能及缓释机理。FTIR、SEM表征表明,缓释体中的包裹芯材K2FeO4没有与包裹壁材发生化学反应;释放性能结果表明,持续流释放时间从纯K2FeO4的12 h增加至220 h,缓释体中含K2FeO4固体越多,释放时间越长;以Peppas释放动力学模型拟合最好,分为快速释放和缓慢释放,可以推断该体系是非菲克扩散和零级释放共同控制的释放机制体系。
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