可循环磁性天然沸石的制备及其吸附性能研究

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近年来,随着经济社会的快速发展,大量工业废水和生活污水排入天然水体,尤其是废水中的重金属离子严重影响人类的健康。结合实际情况,研究人员采用不同的吸附剂和处理方法解决日益严重的重金属离子污染问题。本文以浙江缙云斜发沸石为研究对象,采用不同方法对其改性,得到吸附性能较强的改性沸石。以磁性载体技术为基础,分别采用化学共沉淀法和物理黏结法使具有吸附特性的改性沸石与Fe3O4相结合,制备出不同的磁性天然沸石吸附剂。利用XRD、SEM、FT-IR、TG-DSC、氮吸附等温线和磁性能测试等方法对最佳磁性沸石进行表征。同时,研究磁性沸石对重金属离子的吸附性能,以探索其最佳吸附条件、吸附量和吸附机理。对天然沸石的改性及改性沸石对pb2+的吸附实验表明,氯化钠改性后的钠型沸石对pb2+的吸附性能较好,其对pb2+的吸附性能依赖于pH值的变化,在实验范围内其对pb2+的最大吸附量为66.99 mg/g。对于化学法制备的磁性沸石,氮吸附分析表明,磁性沸石(浓氨水、)、磁性沸石(NaOH)和钠型沸石的比表面积分别为100.90 m2/g、64.02 m2/g和25.13 m2/g。FT-IR分析指出,磁性沸石(浓氨水)的制备使Si-O(Si或Al)键反对称伸缩振动吸收峰的位置从1054.5 cm-1变化到1039.3 cm-1,这表明Fe3+类似于Al3+已进入钠型沸石的结构中。在不同的初始浓度下,磁性沸石和钠型沸石对pb2+、Cu2+和Cd2+的吸附实验表明,该吸附性能依赖于pH值的变化,其平衡吸附量随初始浓度的增加而增大。根据常见的液相吸附模型,对吸附等温线数据进行线性拟合,拟合后直线与线性Langmuir方程基本重合,这证实该吸附过程属单层Langmuir型吸附。计算结果表明,磁性沸石(浓氨水)、磁性沸石(NaOH)和钠型沸石对pb2+的单位质量吸附剂的单层饱和吸附量分别为130.72 mg/g、88.18 mg/g和65.92 mg/g。对于物理法制备的磁性沸石,沸石表面黏结的Fe3O4没有改变基体的结构,且使其比表面积增大。样品的磁性能测试证实,磁性沸石(氨基甲酸乙酯)和Fe3O4的磁化率分别为11.7 emu/g和39.8 emu/g。在不同的初始浓度下,磁性沸石(氨基甲酸乙酯)、磁性沸石(羧甲基纤维素钠)和钠型沸石对pb2+的吸附实验表明,随着初始浓度的增大平衡吸附量也不断增大,其最大吸附量分别为54.53 mg/g、84.00 mg/g和66.99 mg/g。在分离科学与技术领域,本文制备磁性天然沸石的方法具有独特的优势。从复杂多相体系中将重金属离子分离和再生不需要对废水进行预处理,随后通过外加磁场使饱和磁性沸石与作用体系分离。
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