菊花狀β-FeOOH的制備及其對(duì)鉻天青S的吸附研究.pdf

1、在人們生活和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中，鋼鐵材料是最重要的結(jié)構(gòu)材料和產(chǎn)量最大的功能材料。在目前的鋼鐵企業(yè)和電鍍行業(yè)中，酸洗是鋼鐵表面前期處理鋼鐵表面前期的一個(gè)必要流程，因此產(chǎn)生了大量的酸洗廢液。酸洗廢液的腐蝕性強(qiáng)、Fe元素含量高，如不妥善處理，不僅會(huì)嚴(yán)重的影響環(huán)境，而且會(huì)造成資源浪費(fèi)，甚至?xí)绊懭祟惤】?。就酸洗廢液處理發(fā)展的現(xiàn)狀而言，酸洗廢液的利用一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)課題。本課題組一直從事鐵氧化物的液相合成、機(jī)理分析和在污水處理中的應(yīng)用研究，在前期

2、研究中，曾以（鹽酸）鋼鐵酸洗廢液為原料，利用簡(jiǎn)單的沸騰回流法制備出具有類菊花形狀的β-FeOOH微粒，本文在對(duì)酸洗廢液進(jìn)行元素分析的基礎(chǔ)上，以純?cè)噭〧e3+、Fe2+鹽溶液模擬酸洗廢液的主要成分，系統(tǒng)研究花狀β-FeOOH微粒的成因，揭示花狀β-FeOOH微粒的形成機(jī)理，闡明制備花狀β-FeOOH微粒的最佳實(shí)驗(yàn)條件，為實(shí)現(xiàn)利用鋼鐵酸洗廢液可控制備花狀β-FeOOH微粒提供理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)，同時(shí)探討其在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用。該研究體現(xiàn)了廢物

3、資源化利用的理念，具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本論文的主要研究?jī)?nèi)容及成果包括:
　　本論文的主要研究?jī)?nèi)容及成果包括:
　　(1)以純?cè)噭樵夏M酸洗廢液主要成分，探究尿素、Fe(Ⅱ)、SO42-、Al(Ⅲ)、初始pH等因素對(duì)花狀的β-FeOOH微粒形貌的影響，利用5因素4水平的正交設(shè)計(jì)考察了各因素在花狀β-FeOOH形成過(guò)程中作用，利用極差分析得到了制備菊花狀β-FeOOH的最佳實(shí)驗(yàn)條件:pH=1.4，cFe(Ⅲ)/

4、cFe(Ⅱ)=1∶2，cAl(Ⅲ）=0.03，cSO42-=0.1，cCH4N2O=0.25。
　　(2)在不同實(shí)驗(yàn)條件下，以時(shí)間為變量進(jìn)行定時(shí)取樣實(shí)驗(yàn)，利用XRD、HRTEM、SEM、IR、TG-DSC等技術(shù)表征所得樣品，推測(cè)花狀的β-FeOOH微粒的形成機(jī)理。結(jié)果表明:SO42-離子的存在對(duì)于花狀結(jié)構(gòu)的β-FeOOH的形成起著關(guān)鍵的作用，由于SO42-與Fe(Ⅲ)之間存在較強(qiáng)的結(jié)合力，在反應(yīng)初期上述體系首先形成“針墊”或“刺球

5、”狀的施氏礦物，因β-FeOOH與施氏礦物具有相同的晶體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中的三維隧道可以由SO42-支撐也可以由Cl-支撐;當(dāng)有限的SO42-消耗完以后，Cl-進(jìn)入到三維隧道結(jié)構(gòu)中，可以使β-FeOOH繼續(xù)沿著“針墊”中“針”的方向生長(zhǎng)，又因尿素受熱分解后產(chǎn)生OH-，能夠加速Fe(Ⅲ)的水解過(guò)程致使β-FeOOH可以快速形成。Fe(Ⅱ)和Al(Ⅲ)離子的作用則是為β-FeOOH的成長(zhǎng)提供了高離子強(qiáng)度的環(huán)境。
　　(3)以制備的花狀β-F

6、eOOH為吸附劑，以鉻天青S(CAS)為受試污染物構(gòu)建研究體系，探究了pH、污染物的初始濃度、吸附劑用量以及溫度對(duì)菊花狀β-FeOOH吸附CAS的影響，研究了吸附的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)過(guò)程。結(jié)果表明:β-FeOOH對(duì)CAS表現(xiàn)出超高的吸附容量，吸附率隨pH值增大而降低，隨污染物的初始濃度的增加CAS吸附量增加;溫度升高CAS的吸附量略有減少。通過(guò)比較酸性媒介黑T(EBT)和酸性媒介黃10(MY10)和CAS在β-FeOOH上的吸附，揭示了CA