納米磁性礦物材料的制備及去除水中重金屬的性能研究.pdf

1、近年來工業(yè)發(fā)展迅速，大量重金屬離子被排放進入環(huán)境，重金屬易富集、不易生物降解，嚴重危害著人體及生物的健康。吸附法由于它的高效能、易操作等優(yōu)勢，是研究者們首選的水處理方法，其關鍵在于尋找低價高效的吸附劑。礦物材料在自然界儲量豐富，其可控的結構特征和多樣的物化特性，在吸附、離子交換等方面應用廣泛。
　　本文選取陽離子型礦物高嶺土(Kaolin，KC)和陰離子型礦物層狀雙金屬氫氧化物(Layered double hydroxide，L

2、DH)為基體，成功合成并表征了三種納米磁性礦物材料，并開展批次吸附實驗去除水中的重金屬離子Pb2+、Cd2+和Cu2+，實驗結果如下:
　　(1)采用溶劑熱法一步成功制備磁性高嶺土（Mag/KC），并對其進行了X射線衍射(XRD)、紅外光譜（FTIR）、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、X射線光電子能譜(XPS)和Zeta電位等表征。表征結果顯示其晶型良好，為典型的準二維片層結構，且Fe3O4納米顆粒物成功附著在KC的表面。

3、制備的Mag/KC吸附能力顯著高于未負載Fe3O4納米顆粒物的KC原土，吸附容量大小順序為Pb2+＞ Cd2+＞ Cu2+，最佳吸附劑用量分別為4.0 g/L（Pb2+和Cu2+）和2.5 g/L(Cd2+)，在pH＜10范圍內(nèi)吸附不受pH影響，吸附反應時間在60 min達到平衡，動力學符合擬二級模型，等溫線擬合為Langmuir型，最大吸附量分別為86.1、16.5和22.1 mg/g。吸附機理主要為功能化基團和金屬離子之間的配位絡合

4、及離子交換。
　　(2)采用溶劑熱法一步成功制備磁性Mg/Al-LDH(Mag/LDH1)，并對其進行了XRD、FTIR、SEM、TEM、BET（比表面積測定）、XPS和Zeta電位的相關表征。表征結果顯示該方法使得Fe3O4成功附著到Mg/Al-LDH表面，Mag/LDH1的BET表面積高達92.7 m2/g，大于Mg/Al-LDH的48.6 m2/g。吸附實驗結果表明，Mag/LDH1對Pb2+、Cd2+和Cu2+的最大吸附容

5、量分別為176、33.2和20.5 mg/g，最佳吸附劑用量為4.0 g/L（Pb2+和Cd2+）和5.0 g/L(Cu2+)，在pH為2-10時，pH值對吸附效果沒有明顯的影響，吸附時間在210m in內(nèi)達到平衡，動力學數(shù)據(jù)擬合均符合擬二級動力學模型，等溫線數(shù)據(jù)擬合均符合Langmuir模型，吸附容量大小順序為Pb2+＞ Cd2+＞ Cu2+。采用XRD、FTIR、Zeta電位和XPS等表征手段對吸附機理進行了詳細分析，主要為:(i)

6、重金屬離子與去質(zhì)子化羥基或金屬離子與表面帶負電的功能基團之間發(fā)生的外表面配位絡合;(ii)重金屬離子與溶液中存在的插層離子(-NO2或OH-)間進行的內(nèi)表面配位絡合;(iii)由陰離子交換發(fā)生的沉淀反應(PbCO3);(iv)由同晶置換引起的Cd2+和Cu2+進入Mg/Al-LDH層間結構。
　　(3)采用溶劑熱法一步成功制備納米磁性材料Mg/Zn/Al-LDH(Mag/LDH2)，并做了相關表征，結果顯示，該方法使得Fe3O4成

7、功附著到Mg/Zn/Al-LDH表面。吸附實驗結果表明，Mag/LDH2對Pb2+和Cu2+的吸附容量（176mg/g和30.2 mg/g）高于Mg/Zn/Al-LDH（139 mg/g和22.3 mg/g）;對Cd2+的吸附容量（57 mg/g）低于Mg/Zn/Al-LDH（78.9 mg/g）。其中，最佳吸附劑用量分別為5.0 g/L(Pb2+)、3.0 g/L(Cd2+)和6.0 g/L(Cu2+)，在pH＜10時不需調(diào)節(jié)pH，反