不同晶型磁性鐵氧化物的制備及其對Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附研究.pdf

1、工業(yè)生產(chǎn)的廢水中重金屬含量較高，直接排入到自然水體中會降低水體水質(zhì)，帶來一系列環(huán)境問題。在水溶液中，重金屬主要以離子態(tài)存在，容易被水生生物通過食物攝取而進(jìn)入生物體內(nèi)，產(chǎn)生生態(tài)毒性效應(yīng)，甚至威脅到人類健康。因此，去除廢水中重金屬是廢水處理的重要環(huán)節(jié)。
　　在重金屬的處理方法中，吸附法由于操作簡單、成本低廉、處理周期短等特點而被廣泛采用。選擇與合成合適的吸附材料對于重金屬的去除至關(guān)重要。其中，水合鐵氧化物由于合成方法簡單、原料廣泛、吸

2、附效果較好等優(yōu)點被廣泛用來去除水中重金屬，缺點在于不易實現(xiàn)分離回收。而磁性鐵氧化物，如Fe3O4和Fe2O3，具有較好地重金屬吸附效果的同時，也能在外加磁場條件下易于分離。因此，合成吸附效果好的磁性鐵氧化物并運用于重金屬的去除，具有重要意義?；诓煌偷拇判澡F氧化物具有不同的理化性質(zhì)，從而對重金屬的吸附效果各異，本文提出了一種新的磁性鐵氧化物的合成方法，在不同溫度下合成了三種不同晶型的磁性鐵氧化物，并應(yīng)用于廢水中重金屬的去除，主要研究

3、成果如下:
　　(1)制備了三種不同晶型的磁性鐵氧化物。先通過溶膠-凝膠法合成水合鐵氧化物，烘干，然后置于三種溫度（200、350和500℃）下焙燒2h，研磨后得到三種溫度下的磁性鐵氧化物。運用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)、傅里葉紅外變換光譜儀(FT-IR)等表征手段對材料的表面形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。結(jié)果表明，在焙燒過程中，十二烷基硫酸鈉(SDS)經(jīng)過焙燒之后被去除，納米顆粒表面粗糙;由XRD圖分

4、析得到，隨著溫度的升高，鐵氧化物由無定型（或非結(jié)晶）的Fe3O4轉(zhuǎn)變?yōu)?α+γ)-Fe2O3，并最終形成高度結(jié)晶的α-Fe2O3;同時，材料的比表面積和孔隙容量隨著焙燒溫度的升高而減小;Fe3O4、(α+γ)-Fe2O3和α-Fe2O3的飽和磁化強度分別為69.80、60.10和49.80emu/g，等電點依次為4.0、6.5和7.0。
　　(2)上述三種磁性鐵氧化物對人工模擬的廢水中Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的去除。將磁性鐵氧化物作

5、為吸附劑，考察了三種不同晶型的鐵氧化物對Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的等溫吸附、吸附動力學(xué)、熱力學(xué)等特征。實驗結(jié)果表明，無定型的Fe3O4相較于(α+γ)-Fe2O3和α-Fe2O3對Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)表現(xiàn)出更高的吸附容量，對Pb分別為22.83、19.52和15.51mg/g，對Cd分別為7.40、3.50和2.79mg/g。在吸附動力學(xué)和熱力學(xué)分析中，F(xiàn)reundlich等溫模型和擬二級動力學(xué)模型能較好地擬合吸附等溫和吸附隨時間變化過

6、程，其擬合度R2均達(dá)到0.99以上，利用粒內(nèi)擴散模型可將吸附過程分為三個階段:快速吸附階段、吸附減慢階段和吸附平衡階段。X射線光譜儀(XPS)表明了重金屬的去除機理主要包括離子交換、重金屬離子的水解和靜電吸引作用。
　　(3)材料的吸附-解吸再生循環(huán)實驗。利用0.5MNaOH溶液對吸附飽和后的磁性鐵氧化物進(jìn)行解吸，解吸時間為2h，離子強度為0.01M，溫度為25±2℃。結(jié)果表明，經(jīng)過5次吸附-解吸循環(huán)之后，三種磁性鐵氧化物對Pb(