機(jī)械球磨制備Fe0-ZSM-5復(fù)合材料及其對鉛的去處研究.pdf

1、重金屬具有持久性、生物富集性以及潛在危害性，對環(huán)境和人類健康造成嚴(yán)重的危害。其中，鉛及其它的化合物是不可降解、性質(zhì)比較穩(wěn)定的一種有毒污染物。美國環(huán)保署(EPA)規(guī)定飲用水中鉛的含量應(yīng)低于10-15 ug/L。我國在《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定鉛含量限值為0.01ug/L。零價鐵現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于污染水體處理和生態(tài)環(huán)境修復(fù)。但是，零價鐵因其易氧化、易團(tuán)聚以及不穩(wěn)定性制約著其本身的實(shí)際應(yīng)用價值。本研究采用機(jī)械球磨法將零價鐵(Fe0)顆粒負(fù)載到疏

2、水性、高硅比的ZSM-5分子篩上，制備粉體和片狀Fe0/ZSM-5復(fù)合材料，并利用X射線衍射儀(XRD)、場發(fā)射掃描電鏡(SEM)、能譜(EDS)分析和比表面積(BET)等對其進(jìn)行表征;考察兩種復(fù)合材料對水中的Pb2+以及模擬電鍍廢水中的Cr6+、Cu2+、Cd2+、Pb2+等混合重金屬的去除性能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴以疏水性、高硅比ZSM-5分子篩為助磨劑和分散劑，利用機(jī)械球磨法制備出粉體Fe0/ZSM-5復(fù)合材料和片狀

3、Fe0/ZSM-5復(fù)合材料。表征結(jié)果表明:由XRD和SEM分析可知:制備出的兩種Fe0/ZSM-5復(fù)合材料均含有α-Fe0(110)晶面，且由于ZSM-5分子篩的作用，使零價鐵分散的很均勻。由BET分析可知:Fe0和Fe0/ZSM-5復(fù)合材料的比表面積分別為7.18 m2/g和219.36 m2/g，表明復(fù)合材料大大增加了Fe0的比表面積，有效改善了Fe0易團(tuán)聚的問題，提高了Fe0的反應(yīng)活性。⑵粉體Fe0/ZSM-5復(fù)合材料和片狀Fe0

4、/ZSM-5復(fù)合材料對Pb2+的去除均有很好的效果。在30℃，初始Pb2+濃度為1～100 mg/L，pH值為3.0，粉體和片狀Fe0/ZSM-5復(fù)合材料投加量均為2g/L，反應(yīng)時間分別為120 min和240 min條件下,Pb2+的最大去除率和最高吸附量分別為78.05％、10.20 mg/g和76.43％和42.80 mg/g。在30℃，Pb2+初始濃度為5 mg/L，pH值為3.0～7.0，粉體Fe0/ZSM-5和片狀Fe0/Z

5、SM-5復(fù)合材料投加量均為2g/L，反應(yīng)時間分別為180 min和360 min條件下，Pb2+的最大去除率和最高吸附量分別為72.35％和36.61％。⑶粉體Fe0/ZSM-5復(fù)合材料和片狀Fe0/ZSM-5復(fù)合材料能夠快速去除模擬電鍍廢水中的重金屬。粉體Fe0/ZSM-5復(fù)合材料去除Pb2+、Cr6+、CrT、Cd2+和Cu2+的速率快慢順序為Pb2+＞ Cr6+≈CrT＞ Cd2+＞ Cu2+。片狀Fe0/ZSM-5復(fù)合材料去除P

6、b2+、Cr6+、CrT、Cd2+和Cu2+的速率快慢順序為Pb2+＞ Cr6+≈CrT＞ Cd2+≈Cu2+。重金屬離子存在時，對粉體Fe0/ZSM-5復(fù)合材料和片狀Fe0/ZSM-5復(fù)合材料去除Pb2+的速率并沒有明顯影響。⑷等溫吸附模型研究表明:粉體和片狀Fe0/ZSM-5復(fù)合材料對Pb2+的去除過程分別符合Langmuir和Freundlich等溫吸附模型。吸附動力學(xué)研究表明:粉體和片狀Fe0/ZSM-5復(fù)合材料對Pb2+的去除

7、過程分別可用準(zhǔn)二級反應(yīng)動力學(xué)和準(zhǔn)一級反應(yīng)動力學(xué)模型來描述。⑸對Fe0/ZSM-5復(fù)合材料去除Pb2+的機(jī)理進(jìn)行了分析。由X射線光電子能譜(XPS)分析可知:Pb2+被轉(zhuǎn)化生成了Pb0、PbO以及Pb(OH)2等以固相沉淀物形式吸附在球磨Fe0/ZSM-5復(fù)合材料表面。Fe0/ZSM-5復(fù)合材料對水中Pb2+的去除主要靠吸附作用、氧化還原反應(yīng)和共沉淀作用。反應(yīng)過程中釋放出Fe2+會加速Fe0表面的給電子過程，增加其表面活性位點(diǎn)，進(jìn)而進(jìn)一步