磁性納米Fe3O4-MnO2的制備與改性及其對(duì)Cd2+和Cu2+的吸附研究.pdf

1、磁性納米材料吸附水溶液中的重金屬離子是近年來環(huán)保領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。通過水熱合成法制備了一種新型磁性納米吸附材料Fe3O4/MnO2，該材料相較于其他重金屬吸附材料而言具有高比表面積、易分離、反應(yīng)快和可重復(fù)利用等優(yōu)勢。并在此基礎(chǔ)上利用聚丙烯酰胺將磁性納米Fe3O4/MnO2做進(jìn)一步的改性，得到磁性納米PFM吸附劑。分析了兩種吸附劑分別對(duì)Cu2+、Cd2+的單因素吸附實(shí)驗(yàn)研究以及競爭吸附研究，探究了吸附劑的重復(fù)利用的性能，并利用吸附動(dòng)力學(xué)以及

2、吸附等溫線和正交實(shí)驗(yàn)探究了吸附劑的吸附機(jī)理，并確定了各個(gè)影響因素對(duì)吸附效果的影響大小。借助XRD、VSM、FT-IR、SEM等現(xiàn)代表征手段對(duì)納米Fe3O4/MnO2和納米PFM兩種新型吸附材料的表面形態(tài)與結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行研究。
　　納米 Fe3O4/MnO2及納米 PFM均對(duì) Cu2+和Cd2+均具有良好的吸附性能。納米Fe3O4/MnO2在室溫下投加4 g/L反應(yīng)1 h后對(duì)50 mg/L Cu2+的去除率達(dá)到57%，對(duì)50 mg/L

3、 Cd2+的去除率為78%。而納米PFM在相似條件下達(dá)到相似去除率僅需1.6 g/L的投加量。納米Fe3O4/MnO2和納米PFM均具有很好的再生性能。納米Fe3O4/MnO2在經(jīng)過5次吸附-解吸后對(duì)10mg/L鎘吸附去除率達(dá)到86%，相較第一次的96%只有略微的下降；將1.6 g/L的納米PFM投入到50 mL質(zhì)量濃度為50mg/L的含銅溶液中維持150 r/min的轉(zhuǎn)速振蕩反應(yīng)1 h，測得吸附去除率為55%。在經(jīng)過吸附-堿性脫附循環(huán)

4、五次后納米PFM對(duì)銅離子的去除效率仍保持在50%左右。納米Fe3O4/MnO2對(duì)鎘離子的吸附過程符合偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，吸附過程主要為化學(xué)吸附。鎘在納米Fe3O4/MnO2上的吸附等溫線符合Langmuir方程，其吸附擬合的R2為0.999。通過正交實(shí)驗(yàn)分析，各因素對(duì)納米PFM吸附去除銅離子的影響程度如下：投藥量＞銅離子初始濃度＞接觸時(shí)間＞m(Fe3O4/MnO2)：m(PAM)。各因素對(duì)納米 PFM吸附去除鎘離子的影響程度如下：m(Fe

5、3O4/MnO2)：m(PAM)＞接觸時(shí)間＞投藥量＞鎘離子初始濃度。在競爭吸附體系中，Cu2+濃度對(duì)Cd2+的抑制效果更加明顯，即在Cu2+與Cd2+共存的水體中，納米PFM對(duì)Cd2+的去除效率被明顯削弱，Cd2+的存在對(duì)Cu2+的去除影響較小。
　　VSM分析表明納米Fe3O4/MnO2和納米PFM均具備超順磁性和鐵磁性的優(yōu)勢。XRD圖譜顯示納米Fe3O4/MnO2內(nèi)的MnO2應(yīng)為非晶型的無定形形態(tài)，而這種無定形態(tài)也許正是該吸附

6、劑的高效吸附性能和高比表面積的主要原因；納米PFM的XRD圖譜說明聚丙烯酰胺沒有改變納米 Fe3O4/MnO2中 Fe3O4離子的晶型結(jié)構(gòu)，而是附著于納米Fe3O4/MnO2表面。納米Fe3O4/MnO2的SEM圖譜分析顯示其外表面形狀均界限明顯，呈現(xiàn)出類球形顆粒狀；納米PFM的形貌出現(xiàn)了針狀的粒子，針狀粒子與納米球粒交錯(cuò)混雜在一起，形成新的團(tuán)聚物，且顆粒明顯增大。FTIR圖譜說明在包覆MnO2之后納米Fe3O4/MnO2表面結(jié)構(gòu)及組分