【摘 要】
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近几十年以来,随着工业规模的急剧扩大,工业废水的排放量也急剧增加,这些工业废水中往往含有多种污染物,比如Cr(VI)和磷酸盐混合废水、Cr(VI)和Ni(II)混合废水,而处理这类多组分废水往往要比处理单一组分的废水的难度要大。因此,研发更高效的吸附剂来处理这类混合废水是很有必要的。金属硫化物如黄铁矿(Fe S_2)、二硫化钼(Mo S_2),具有表面反应活性高、还原性强、选择性好、来源广泛、易于
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近几十年以来,随着工业规模的急剧扩大,工业废水的排放量也急剧增加,这些工业废水中往往含有多种污染物,比如Cr(VI)和磷酸盐混合废水、Cr(VI)和Ni(II)混合废水,而处理这类多组分废水往往要比处理单一组分的废水的难度要大。因此,研发更高效的吸附剂来处理这类混合废水是很有必要的。金属硫化物如黄铁矿(Fe S2)、二硫化钼(Mo S2),具有表面反应活性高、还原性强、选择性好、来源广泛、易于合成等特点,是一类高效吸附剂,目前其在污水处理领域的应用受到了广泛关注。本研究合成了黄铁矿负载磁铁矿(Fe3O4/Fe S2)磁性复合材料以及晶格间距增大的十六烷基三甲基溴化铵插层二硫化钼(Mo S2/CTAB)复合材料,并分别将其应用于处理Cr(VI)和磷酸盐混合废水以及Cr(VI)和Ni(II)混合废水。同时运用透射电镜(TEM)、比表面积分析(BET)、振动样品磁强计(VSM)、X射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)等表征技术,分析了Fe3O4/Fe S2对Cr(VI)和磷酸盐以及Mo S2/CTAB对Cr(VI)和Ni(II)的去除机理。本论文得出的主要结论如下:(1)超声波法和共沉淀法制备的磁性Fe3O4/Fe S2复合材料是由表面粗糙的球状颗粒组成,平均粒径约为20 nm,其磁化饱和值达到60.7 emu/g,具有优异的磁分离性能。在p H为3.0时,Fe3O4/Fe S2对Cr(VI)和磷酸盐的去除效率最高,对Cr(VI)和磷酸盐的去除率都接近100%。在经过4次重复利用后,Fe3O4/Fe S2复合材料依然保持着较高的去除率。Fe3O4/Fe S2复合材料对Cr(VI)和磷酸盐的最大吸附量分别是32.5 mg/g和24.8mg P/g,Fe3O4/Fe S2对Cr(VI)和磷酸盐的吸附行为符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型,化学吸附是吸附过程的主要控制因素。(2)Fe3O4/Fe S2复合材料对Cr(VI)的去除可以分为三个步骤:首先,Cr(VI)通过静电引力被吸附到Fe3O4/Fe S2的表面;其次,一部分Cr(VI)被S22-和Fe2+还原为Cr(III);最后,Cr(VI)、Cr(III)以及Fe(III)结合形成Fe(III)/Cr(III)/Cr(VI)氢氧化物从而达到去除。Fe3O4/Fe S2对磷酸盐的去除主要通过两种途径,分别是静电吸附以及在Fe3O4/Fe S2表面形成Fe PO4沉淀物。(3)水热法合成的Mo S2/CTAB复合材料为片状结构,具有良好的晶型结构。XRD结果表明,经过CTAB的改性,Mo S2/CTAB的晶格间距明显增大,(002)晶面的晶格间距达到了9.5?,增大的晶格间距有利于暴露出更多的S和Mo原子,从而有利于提高Mo S2/CTAB对Cr(VI)和Ni(II)的吸附量。(4)Mo S2/CTAB同时去除Cr(VI)和Ni(II)过程中存在协同效应。Mo S2/CTAB在Cr(VI)-Ni(II)双金属体系中对Cr(VI)和Ni(II)的最大吸附量明显高于Cr(VI)、Ni(II)单金属体系。Mo S2/CTAB对Cr(VI)和Ni(II)的吸附过程符合Langmuir吸附等温模型;而且是自发和吸热的过程。在经过5次重复利用后,Mo S2/CTAB对Cr(VI)和Ni(II)的去除率依然达到接近90%。Mo S2/CTAB对Cr(VI)和Ni(II)的最大吸附量分别是79.4 mg/g和88.3 mg/g。共存离子对Cr(VI)的去除几乎没有影响,共存阴离子对Ni(II)的有轻微影响。相比之下,共存阳离子对Ni(II)的去除有明显的抑制作用。(5)在Cr(VI)-Ni(II)双金属体系中,Mo S2/CTAB去除Cr(VI)的机理主要如下:表面质子化的Mo S2/CTAB通过静电引力吸附Cr(VI);Cr(VI)与Mo S2/CTAB上的Mo和S原子充分接触,还原性的Mo4+和S2-将Cr(VI)还原为Cr(III)。Mo S2/CTAB对Ni(II)的去除主要通过两个方面:首先,Ni(II)通过静电作用被吸附在Mo S2/CTAB表面,然后,被吸附的Ni(II)在Mo S2/CTAB表面形成外层络合物。
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