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随全球工业化的迅猛发展,越来越多含毒害污染物的废水排向环境之中,这无疑造成了城市水环境的污染并严重威胁着人类饮用水的安全问题。早有文献记载,纳米材料在去除典型污染物方面有着卓越的成效,但因其易造成二次污染、难分离并且有高昂的处理成本,这些无疑都制约了纳米材料在污废水处理方面的应用发展。磁性纳米材料作为一种易回收可再利用的环境友好型高效功能性材料,兼具了磁性材料与纳米材料的双重优点,已成为了当前国际争相研究的热点之一。本文以廉价的铁盐、碱液及少量表面活性剂为主要合成原料,采用了化学共沉淀法以及水热法,研究了纳米Fe3O4颗粒的制备条件及其对水体中典型污染物(磷酸盐、腐殖酸、氨氮)的吸附去除影响,详细考察了反应条件对吸附的影响效果,并对反应机理进行了一定的探讨,主要研究结果如下: (1)化学共沉淀法的最佳制备条件是:反应温度为50℃,n(Fe2+)/n(Fe3+)为1.4∶2,pH值约为10,烘干温度为50℃,此时制备出的纳米Fe3O4颗粒结晶度较高、粒径较均匀。其平均粒径约15nm,经过表面活性剂改善团聚问题后的行饱和磁化强度为71.895emu/g,比表面积为83.98 m2;水热法制备的颗粒平均粒径约11 nm,因表面包覆表面活性剂其饱和磁化强度较低,比表面积增加至91.10 m2,外加磁场更利于颗粒的沉降性能。 (2)纳米Fe3O4颗粒对磷酸盐的吸附去除有较好的效果,最佳吸附条件是:磷酸盐溶液的初始浓度100 mg/L,pH值为3,反应温度为25±1℃。此外,若溶液中同时存在HCO3-和SO42-等干扰离子时,吸附效率会随干扰离子浓度增加而降低。通过拟合发现Langmuir吸附等温线的确定系数达到0.9996,其吸附平衡常数为0.34,通过Langmuir吸附等温线拟合得到的理论最大吸附量为52.36 mg/g。通过动力学方程拟合,发现纳米Fe3O4对磷酸根离子的吸附更符合准二级动力学方程,即吸附过程受到化学吸附机理的控制。 (3)纳米Fe3O4颗粒对腐殖酸的吸附去除效果较差,最佳吸附条件是:腐殖酸溶液的初始浓度110 mg/L,pH值为7,反应温度为30±1℃。通过两种热力学方程拟合,发现Langmuir吸附等温线拟合得到的最大吸附量为84.03 mg/g,其吸附平衡常数仅为0.025,反映出纳米Fe3O4粒子对腐殖酸的吸附结合能较小,故而去除率不高,一般维持在30%左右。 (4)纳米Fe3O4颗粒对氨氮的吸附去除相较于其他吸附剂效果尚可,最佳吸附条件是:纳米Fe3O4的投加量为0.05g,pH值为11,反应温度为45±1℃。在较低浓度范围内Langmuir和Freundlich两种模型都能很好的对吸附过程进行拟合,其中,Langmuir吸附等温线的吸附平衡常数为0.34,通过Langmuir吸附等温线拟合得到的理论最大吸附量为52.36mg/g;经准二级动力学方程拟合后,确定系数达到0.9901,对氨氮的吸附速率为24.94mg/(g·h)。 (5)将经过吸附后洗脱烘干的纳米Fe3O4进行再生吸附利用,发现其对污染物的吸附去除效果与首次吸附时几乎无异,说明该磁性吸附材料是可以再生利用的;通过对几种不同物质的吸附效果对比,发现纳米Fe3O4颗粒具有吸附高效性与专属性等特点。