菊花狀β-FeOOH的制備及其對鉻天青S的吸附研究.pdf

1、在人們生活和國民經(jīng)濟建設(shè)中，鋼鐵材料是最重要的結(jié)構(gòu)材料和產(chǎn)量最大的功能材料。在目前的鋼鐵企業(yè)和電鍍行業(yè)中，酸洗是鋼鐵表面前期處理鋼鐵表面前期的一個必要流程，因此產(chǎn)生了大量的酸洗廢液。酸洗廢液的腐蝕性強、Fe元素含量高，如不妥善處理，不僅會嚴重的影響環(huán)境，而且會造成資源浪費，甚至會影響人類健康。就酸洗廢液處理發(fā)展的現(xiàn)狀而言，酸洗廢液的利用一直是人們關(guān)注的熱點課題。本課題組一直從事鐵氧化物的液相合成、機理分析和在污水處理中的應用研究，在前期

2、研究中，曾以（鹽酸）鋼鐵酸洗廢液為原料，利用簡單的沸騰回流法制備出具有類菊花形狀的β-FeOOH微粒，本文在對酸洗廢液進行元素分析的基礎(chǔ)上，以純試劑Fe3+、Fe2+鹽溶液模擬酸洗廢液的主要成分，系統(tǒng)研究花狀β-FeOOH微粒的成因，揭示花狀β-FeOOH微粒的形成機理，闡明制備花狀β-FeOOH微粒的最佳實驗條件，為實現(xiàn)利用鋼鐵酸洗廢液可控制備花狀β-FeOOH微粒提供理論基礎(chǔ)和實驗依據(jù)，同時探討其在水處理領(lǐng)域的應用。該研究體現(xiàn)了廢物

3、資源化利用的理念，具有重要的理論意義和實際應用價值。本論文的主要研究內(nèi)容及成果包括:
　　本論文的主要研究內(nèi)容及成果包括:
　　(1)以純試劑為原料模擬酸洗廢液主要成分，探究尿素、Fe(Ⅱ)、SO42-、Al(Ⅲ)、初始pH等因素對花狀的β-FeOOH微粒形貌的影響，利用5因素4水平的正交設(shè)計考察了各因素在花狀β-FeOOH形成過程中作用，利用極差分析得到了制備菊花狀β-FeOOH的最佳實驗條件:pH=1.4，cFe(Ⅲ)/

4、cFe(Ⅱ)=1∶2，cAl(Ⅲ）=0.03，cSO42-=0.1，cCH4N2O=0.25。
　　(2)在不同實驗條件下，以時間為變量進行定時取樣實驗，利用XRD、HRTEM、SEM、IR、TG-DSC等技術(shù)表征所得樣品，推測花狀的β-FeOOH微粒的形成機理。結(jié)果表明:SO42-離子的存在對于花狀結(jié)構(gòu)的β-FeOOH的形成起著關(guān)鍵的作用，由于SO42-與Fe(Ⅲ)之間存在較強的結(jié)合力，在反應初期上述體系首先形成“針墊”或“刺球

5、”狀的施氏礦物，因β-FeOOH與施氏礦物具有相同的晶體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中的三維隧道可以由SO42-支撐也可以由Cl-支撐;當有限的SO42-消耗完以后，Cl-進入到三維隧道結(jié)構(gòu)中，可以使β-FeOOH繼續(xù)沿著“針墊”中“針”的方向生長，又因尿素受熱分解后產(chǎn)生OH-，能夠加速Fe(Ⅲ)的水解過程致使β-FeOOH可以快速形成。Fe(Ⅱ)和Al(Ⅲ)離子的作用則是為β-FeOOH的成長提供了高離子強度的環(huán)境。
　　(3)以制備的花狀β-F

6、eOOH為吸附劑，以鉻天青S(CAS)為受試污染物構(gòu)建研究體系，探究了pH、污染物的初始濃度、吸附劑用量以及溫度對菊花狀β-FeOOH吸附CAS的影響，研究了吸附的熱力學和動力學過程。結(jié)果表明:β-FeOOH對CAS表現(xiàn)出超高的吸附容量，吸附率隨pH值增大而降低，隨污染物的初始濃度的增加CAS吸附量增加;溫度升高CAS的吸附量略有減少。通過比較酸性媒介黑T(EBT)和酸性媒介黃10(MY10)和CAS在β-FeOOH上的吸附，揭示了CA