磁性纳米吸附剂的制备及处理重金属废水性能研究.pdf

摘要

重金属的严重污染是当今全球面临的主要环境问题。吸附法是治理水体、土壤重

金属污染的有效技术，其中磁性重金属吸附剂因其具有易分离特性而备受关注，是近

年来重金属污染治理技术领域的研究热点。本研究以可磁分离、高吸附量、高选择性

及可循环利用性为目标，采用简便的水热法成功制备出了两种磁性重金属吸附剂，并

通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射仪（XRD）、X射

线光电子能谱仪（XPS）、傅里叶转换红外光谱仪（FT-IR）、激光共焦高分辨拉曼光谱

仪（Raman）、磁力计（VSM）等现代分析手段对其进行形貌、物相组成、晶型结构、

化学结构、磁强度等进行了研究，考察了吸附剂对废水样品中重金属离子六价铬、铅

和镍的去除性能，对吸附过程动力学、吸附热力学进行了模型拟合分析，探究了吸附

机理，为新型磁性重金属吸附剂的制备和在重金属污染理中的应用提供了理论依据。

主要研究内容与结论如下：

（1）磁性球状TTCA/THT@FeO重金属吸附剂的制备及性能研究：采用两步水

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热法，制备了一种三聚硫氰酸（TTCA）与三肼基均三嗪（THT）聚合的球状磁性重金

属吸附剂，用于废水中Cr(VI)的去除。批量吸附实验结果表明：该吸附剂在最佳工艺

条件（C20mg/L、Dose1g/L、pH4.4、T298K、t=3h）下，对于模拟废水中

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Cr(VI)的吸附量能够达到1340mg/L，在低浓度下也具有优异的吸附性能（C20mg/L，

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去除率98.89%），将吸附剂应用于电镀厂废水处理，Cr(VI)去除率达98.4%，可使废水

中Cr(VI)浓度由20mg/L降至0.32mg/L，满足国家现行工业污染物排放标准中

[Cr(VI)]≤0.50mg/L的限值要求。该吸附剂的高吸附性能主要归因于Cr/N和Cr/S配位键

的形成，FeO的引入也将部分Cr(VI)还原，吸附剂的球状结构也增大了与Cr(VI)的接

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触面积，吸附和还原的协同作用增强了对于水中Cr(VI)和总铬的去除效果。

（2）磁性掺氧无序型MoS/FeO重金属吸附剂的制备及性能研究：采用水热法，

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制备一种层间距加宽的掺氧无序型MoS/FeO磁性重金属吸附剂，用于废水中Pb2+和

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Ni2+的去除。结果表明：在最佳工艺条件下（C=25mg/L、pH=4.0、Dose=1g/L、t=

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10min、T=298K），废水中Pb2+的最大吸附量达到541.4mg/g；在最佳工艺条件下（C0

=25mg/L、pH=6.0、Dose=1g/L、t=20min、T=298K），废水中Ni2+最大吸附量达

到222.6mg/g。吸附剂经过5次循环吸附，Pb2+和Ni2+的最大去除率分别能够达到89.9%

和53.4%，具有良好的循环性能。通过等温线、动力学、热力学、共存离子等研究，吸

附剂对于Pb2+/Ni2+的吸附是一个自发的吸热反应，符合Langmuir和伪二级动力学方程。

该吸附剂对Pb2+和Ni2+的高吸附性能主要归因于Pb/Ni-S络合物的形成和静电吸引。

关键词：FeO磁性纳米颗粒；重金属；吸附剂；吸附机理；电镀废水

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ABSTRACT

Theseriouspollutionofheavymetalsisthemainenvironmentalproblemfaci