介孔铁锰双金属氧化物的制备和改性对Pb2+的吸附及其机理研究

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随着现代工业的不断发展,铅冶炼、铅再生以及蓄电池等行业发展迅速,产生了大量的含铅工业废水。由于铅这类重金属难以被降解,可在生物体内积聚并利用食物链进行传递,对人类的生命安全产生严重的威胁。因此,研究经济、高效和环境友好的处理技术对治理水环境的铅污染具有重要的实践意义。吸附法拥有成本低、操作简便、去除效果好等特点,已经成为治理重金属污染水体的主要方法。研究表明,铁氧化物和锰氧化物来源广泛、环境毒性低、成本低廉,对于重金属的吸附效果好。而介孔铁锰双金属氧化物(MFMBO)由于介孔的存在,其具有较大的孔径、比表面积以及丰富的表面结构,使得其在重金属吸附领域存在巨大的应用前景。然而单一的MFMBO在水中很容易发生团聚,大大降低其吸附性能。因此对MFMBO进行表面改性以增大其在水中的分散性显得尤为重要。本文以水中Pb2+为目标污染物,先后合成了MFMBO以及其单宁酸(TA)改性产物MFMBO@TA-Fe3+,并利用吸附实验测试了它们的吸附特性。结合晶相结构表征(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(HRTEM)、比表面积(BET)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、Zeta电位分析等表征技术对它们的结构及其对Pb2+的吸附机理进行了分析探讨,主要结论如下:(1)本文利用草酸盐在高温环境煅烧的条件下获得的MFMBO,其整体表现为类蠕虫状介孔结构,是无定型态的锰氧化物和弱结晶性的γ-Fe2O3复合物,比表面积高达288.12 m2·g-1。在45℃、初始浓度为200 mg·L-1、pH为5的条件下MFMBO对Pb2+的最大吸附量为250 mg·g-1。MFMBO对的Pb2+的吸附过程符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型,吸附过程表现为均匀表面上的单层吸附,且控制反应速率的主要步骤是化学吸附,热力学参数表明MFMBO对Pb2+的吸附过程是非自发进行且吸热的。MFMBO对Pb2+的主要吸附机理为Pb2+对MFMBO表面羟基中H+的替换,形成内层表面络合物。(2)本文在合成的MFMBO基础上利用TA对其进行表面改性制备了MFMBO@TA-Fe3+。一系列表征结果表明TA是以包裹的形式负载到MFMBO表面。在45℃、初始浓度为300 mg·L-1、pH为5的条件下对Pb2+的最大吸附量为495.12 mg·g-1。MFMBO@TA-Fe3+对的Pb2+的吸附过程符合符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型,吸附过程表现为均匀表面上的单层吸附,且控制反应速率的主要步骤是化学吸附,热力学参数表明对Pb2+的吸附过程是非自发进行且放热的。MFMBO@TA-Fe3+对Pb2+的主要吸附机理为Pb2+对MFMBO@TA-Fe3+表面羟基中H+的替换,形成内层表面络合物。
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