铁钴基纳米材料的制备及其吸附罗丹明B的效能和机理研究

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染料废水的排放处于全球污水排放量的前列,对人类健康和生态安全构成严重的威胁。染料属于芳香族化合物,由于其结构复杂、毒性、扩散性和稳定性,难以去除和降解,不仅会对浮游植物和其他水生植物造成破坏,还会对人类造成危害。罗丹明B(RhB)作为染料废水中存在的主要物质之一,是一种黄疽染料,会对人类和动物皮肤、眼睛和呼吸道造成刺激、致癌性以及生殖和发育毒性。染料废水中COD值很高,而BOD值很低,废水可生化性很差,传统法难以有效处理,吸附法可以通过向废水中添加如活性炭、粘土等的多孔材料及一些纳米复合材料,达到深度去除的效果。吸附方法由于操作简单、吸附能力强等优点,而广泛应用于染料废水处理,本研究中探索多种方法制备铁钴基纳米材料,通过掺杂S、Mo、Ni元素改性优化其性能,采用多种表征方法分析材料形貌结构,如SEM、EDS、XRD、BET、FTIR;设计多组实验,通过改变吸附剂的用量、废水酸碱度及环境温度等因素,研究铁钴基纳米材料对印染废水的吸附性能,利用等温线、动力学模型探究吸附过程及其机理。主要研究内容如下:(1)通过制备得到颗粒状FeCoS纳米材料,研究其对罗丹明B(RhB)的吸附性能。通过EDS分析,可表明FeCoS纳米材料具有良好的纯度,由BET分析显示材料比表面积为36.1427m~2/g;多组实验研究表明,当温度为45℃,FeCoS投加量为20mg,pH=7,RhB浓度为10 mg/L时,FeCoS的饱和吸附容量为578.03 mg/g;并且FeCoS对罗丹明B的吸附过程分别符合拟二级动力学模型、Langmuir等温线模型,动力学模型在150min达到平衡,说明吸附受到化学吸附控制且为均匀单分子层吸附;反应温度研究表明,吸附过程是自发吸热反应。五次循环再生研究说明吸附剂具有一定的循环使用能力。(2)针对FeCoS纳米材料对罗丹明B溶液的吸附性能,探究优化吸附速率铁钴基纳米材料,制备得到不规则球状FeCoMoS纳米材料。经过SEM、EDS、XRD、BET表征发现FeCoMoS纳米材料呈现出不规则球状特殊形貌,纯度较高,FTIR分析中,在768cm-1处的波峰显示了Mo-O的伸缩振动,676cm-1附近处出现一个新的吸收峰,该峰属于Fe-O伸缩振动;吸附实验研究表明,当温度为45℃,FeCoMoS用量为20 mg,pH=7,RhB浓度为10 mg/L时,FeCoMoS的qm为280.89 mg/g,并可在35 min内达到平衡,吸附平衡时间缩短,并且材料在酸性及弱碱性条件下,去除效率较好。拟二级动力学模型和Langmuir模型可以充分描述吸附过程,说明该吸附属于均匀单分子层吸附,受化学吸附控制;温度研究表明吸附过程是自发的吸热反应。经过循环再生研究,材料在第五次使用时,去除率为88.64%,说明吸附剂具有一定的循环使用能力。(3)结合FeCoS纳米材料及FeCoMoS纳米材料优点,研究制备得到容量高、吸附快的球状FeCoNiS纳米材料,并研究其对罗丹明B的吸附性能。使用SEM、EDS、XRD表征方法,证明FeCoNiS纳米材料呈现出球状特殊形貌,纯度较高;在FTIR中624cm-1处的Ni-S键峰说明了硫族化合物的存在;不同影响因素条件下的吸附实验研究表明,当温度为45℃,FeCoNiS纳米材料用量为25 mg,pH=7,RhB浓度为10mg/L时,FeCoNiS纳米材料的饱和吸附容量为581.4 mg/g,在15 min内达到吸附平衡。动力学拟二级模型和等温线Langmuir模型能够更好的描述FeCoNiS纳米材料对罗丹明B的吸附过程,表明吸附是化学吸附控制的单分子层均匀吸附;当温度升高时,饱和吸附容量增加,说明吸附过程是自发的吸热反应。在五次循环再生研究中,吸附剂的去除率从99.46%降至85.92%,效率降低13.6%,得出吸附剂具有一定的循环使用能力。
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