【摘 要】
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随着全球城市化和工业化进程的加快,工业染料废水大量排放,许多有毒有害污染物进入到水环境中,对人类生命健康和生态环境造成不可估量的威胁。在众多废水处理方法中,吸附法去除效果好、成本低廉、操作简单,已被广泛应用于废水处理领域。硫化纳米铁材料是近年来新兴的一种环境修复材料,因其具有反应活性高、去除效果好等优点被用于水体中各种污染物的去除,但其合成方法存在一些缺点,因此需要开发一种新的方法合成硫化纳米铁材
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随着全球城市化和工业化进程的加快,工业染料废水大量排放,许多有毒有害污染物进入到水环境中,对人类生命健康和生态环境造成不可估量的威胁。在众多废水处理方法中,吸附法去除效果好、成本低廉、操作简单,已被广泛应用于废水处理领域。硫化纳米铁材料是近年来新兴的一种环境修复材料,因其具有反应活性高、去除效果好等优点被用于水体中各种污染物的去除,但其合成方法存在一些缺点,因此需要开发一种新的方法合成硫化纳米铁材料。相比于传统的化学合成方法,使用植物提取液绿色合成硫化纳米铁的方法具有成本低廉、合成过程简单、绿色环保等优点。本研究以法国冬青树叶提取液为原料,通过绿色合成的方法制备硫化纳米铁复合材料(S-Fe NCs),并将其应用于对水体中两种阳离子染料孔雀石绿(MG)和罗丹明B(Rh B),以及阴离子偶氮染料酸性铬蓝K(ACBK)的静态吸附研究。具体研究成果如下所示:(1)通过单因素法确定了S-Fe NCs的最佳制备条件:法国冬青提取液固液比为100 g/L,FeCl3溶液浓度为0.075 mol/L,S/Fe摩尔比为0.1。SEM、TEM、EDS、XPS、XRD、Raman、FTIR等表征分析结果显示S-Fe NCs呈类球形,直径约为100 nm,主要由铁氧化物、铁硫化物和生物分子组成。(2)通过静态吸附实验研究了吸附时间、吸附剂用量、溶液pH、盐浓度、初始浓度和温度等因素对S-Fe NCs吸附MG、Rh B或ACBK的影响,采用吸附动力学和吸附等温线模型对其吸附过程进行拟合分析,并研究了S-Fe NCs的吸附性能稳定性。结果显示,S-Fe NCs对MG、Rh B和ACBK的吸附平衡时间分别为240 min、240 min和180 min;随着溶液pH的增加,S-Fe NCs对MG的吸附量逐渐增大,而对Rh B和ACBK的吸附量则逐渐减小。吸附动力学研究表明,Elovich模型描述S-Fe NCs对MG和Rh B的吸附行为最好;S-Fe NCs对ACBK的吸附过程符合准二级动力学模型。吸附等温线拟合结果表明,S-Fe NCs对MG和Rh B的吸附过程均可以用Koble-Corrigan模型、Redlich-Peterson模型、Temkin模型和Dubinin-Radushkevich模型来描述;而对ACBK的吸附过程可以用Koble-Corrigan模型来描述。在303 K时,通过Langmuir等温线模型计算的S-Fe NCs对MG、Rh B和ACBK的最大吸附量分别为4.311、2.881和1.353 mmol/g。吸附热力学参数研究表明MG和Rh B在S-Fe NCs上的吸附是自发的吸热过程;而ACBK在S-Fe NCs上的吸附是自发的放热过程。吸附性能稳定性研究表明,S-Fe NCs在较长时间内的吸附性能是稳定的。(3)吸附机理分析显示S-Fe NCs对MG的吸附存在静电相互作用、氢键作用、π-π堆叠作用和表面络合作用;对Rh B的吸附存在静电相互作用、氢键作用、π-π堆叠作用、阳离子桥联作用和表面络合作用;对ACBK的吸附则存在氢键作用、静电相互作用和π-π堆叠作用。
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