合成錳氧化物對水中鎳的吸附效能研究.pdf

1、重金屬元素鎳是一種致癌物質，含鎳的廢液直接排入水體后，不僅會威脅水生生物的生存，而且可能通過吸附、沉淀和食物鏈而不斷的富集，破壞生態(tài)環(huán)境，危害人體的健康。目前處理水溶液中重金屬元素的方法主要有吸附法、沉淀法、離子交換法、膜分離技術、生物方法等。由于吸附法具有較廣的適用濃度、操作簡單、易于規(guī)?；葍?yōu)點，被認為是去除水中重金屬離子較有效的方法。鐵、鋁、錳等金屬氧化物及氫氧化物具有良好的多孔結構、比表面積大、負電荷量高等特點，對水中重金屬、有

2、機物等污染物具有較強的吸附作用，利用金屬氧化物作為吸附劑去除水中的污染物也引起人們的研究興趣。
　　本實驗選擇使用錳氧化物作為吸附材料，實驗中制備了四種不同的錳氧化物，并根據(jù)其對鎳的吸附效能進行篩選，對篩選后的錳氧化物通過X射線衍射（XRD）和紅外光譜（FTIR）進行物相分析和表面官能團分析，同時測定其電荷零點（PZC）。在靜態(tài)吸附實驗中，通過控制單因素條件，分析研究影響錳氧化物對鎳吸附作用的主要因素，包括錳氧化物的投加量、pH值

3、、鹽濃度、溫度和初始鎳濃度、吸附的時間等。同時，通過吸附熱力學和吸附動力學對吸附反應過程進行分析。得出結論如下：
　　本文中通過人工合成的方法制備了α-MnO2、β-MnO2、γ-MnO2、δ-MnO2四種不同的錳氧化物，通過吸附試驗篩選，確定使用α-MnO2、δ-MnO2作為本實驗的吸附劑。α-MnO2和δ-MnO2兩種錳氧化物在洗滌干燥后均呈黑色固體顆粒，表面帶有金屬光澤，研磨過篩后呈棕黑色粉末。X射線衍射（XRD）檢測表明兩

4、種錳氧化物結晶性較差，呈非晶態(tài)結構。紅外光譜（FTIR）檢測顯示兩種錳氧化物均出現(xiàn)了M―O鍵、M―OH表面羥基和結合水的特征吸收峰。參照 Murray的堿式滴定法測定α-MnO2和δ-MnO2的電荷零點（PZC）分別為1.22、1.46。
　　α-MnO2和δ-MnO2兩種錳氧化物的投加量在10mmol以上時，對濃度為2mmol/L的100mL含鎳溶液吸附率均接近100％。pH值對錳氧化物吸附率的影響較大，隨著反應體系pH值（范圍

5、：2~8）的升高，α-MnO2和δ-MnO2對水中鎳的吸附率分別由20.8%和8.3%提高到62.6%和45.9%。鹽濃度試驗中，溶液中共存鈉離子會影響吸附作用，當其濃度由1mmol/L增加到50mmol/L，α-MnO2和δ-MnO2對水中鎳的吸附率分別由49%和31.4%降低到41.6%和24.6%左右，表明對鎳的吸附是專性吸附和非專性吸附共同作用。在初始鎳濃度較高的條件下，錳氧化物吸附率降低，單位吸附量明顯提高，同時由于錳氧化物的

6、吸附趨于飽和，此時吸附作用受溫度的影響相對較小。在初始鎳濃度較低的條件下，可以有效提高吸附效率，但單位吸附量降低，并未達到吸附飽和狀態(tài)，此時溫度的提高有利于錳氧化物對低濃度鎳的吸附。α-MnO2和δ-MnO2兩種錳氧化物對水中鎳的吸附作用主要發(fā)生在0~30min時間段內，屬于快速吸附階段，吸附速率較大；在30~150min時間段內吸附速率放緩，屬于慢速吸附階段，吸附速率較?。辉?50min后，吸附作用逐漸停止，基本達到吸附平衡狀態(tài)。

7、r>　　吸附熱力學分析中，通過比較三種擬合的線性吸附等溫式可知，與Langmuir吸附等溫式更好的擬合，擬合的相關系數(shù)R值均大于0.996。計算得到的qm可知α-MnO2對鎳的飽和吸附量大于δ-MnO2，吸附能力相對較強。吸附動力學分析中，α-MnO2和δ-MnO2兩種錳氧化物對鎳的吸附過程更符合Lagergren準二級動力學方程，擬合的相關系數(shù)R均大于0.999。計算得到的吸附容量qe分別為28.77mg/g和18.93mg/g，與實