納米四氧化三鐵的制備及其對水中C、N、P的吸附影響研究.pdf

1、隨全球工業(yè)化的迅猛發(fā)展，越來越多含毒害污染物的廢水排向環(huán)境之中，這無疑造成了城市水環(huán)境的污染并嚴(yán)重威脅著人類飲用水的安全問題。早有文獻記載，納米材料在去除典型污染物方面有著卓越的成效，但因其易造成二次污染、難分離并且有高昂的處理成本，這些無疑都制約了納米材料在污廢水處理方面的應(yīng)用發(fā)展。磁性納米材料作為一種易回收可再利用的環(huán)境友好型高效功能性材料，兼具了磁性材料與納米材料的雙重優(yōu)點，已成為了當(dāng)前國際爭相研究的熱點之一。本文以廉價的鐵鹽、堿

2、液及少量表面活性劑為主要合成原料，采用了化學(xué)共沉淀法以及水熱法，研究了納米Fe3O4顆粒的制備條件及其對水體中典型污染物（磷酸鹽、腐殖酸、氨氮）的吸附去除影響，詳細(xì)考察了反應(yīng)條件對吸附的影響效果，并對反應(yīng)機理進行了一定的探討，主要研究結(jié)果如下:
　　(1)化學(xué)共沉淀法的最佳制備條件是:反應(yīng)溫度為50℃，n(Fe2+)/n(Fe3+)為1.4∶2，pH值約為10，烘干溫度為50℃，此時制備出的納米Fe3O4顆粒結(jié)晶度較高、粒徑較均勻

3、。其平均粒徑約15nm，經(jīng)過表面活性劑改善團聚問題后的行飽和磁化強度為71.895emu/g，比表面積為83.98 m2;水熱法制備的顆粒平均粒徑約11 nm，因表面包覆表面活性劑其飽和磁化強度較低，比表面積增加至91.10 m2，外加磁場更利于顆粒的沉降性能。
　　(2)納米Fe3O4顆粒對磷酸鹽的吸附去除有較好的效果，最佳吸附條件是:磷酸鹽溶液的初始濃度100 mg/L，pH值為3，反應(yīng)溫度為25±1℃。此外，若溶液中同時存在

4、HCO3-和SO42-等干擾離子時，吸附效率會隨干擾離子濃度增加而降低。通過擬合發(fā)現(xiàn)Langmuir吸附等溫線的確定系數(shù)達到0.9996，其吸附平衡常數(shù)為0.34，通過Langmuir吸附等溫線擬合得到的理論最大吸附量為52.36 mg/g。通過動力學(xué)方程擬合，發(fā)現(xiàn)納米Fe3O4對磷酸根離子的吸附更符合準(zhǔn)二級動力學(xué)方程，即吸附過程受到化學(xué)吸附機理的控制。
　　(3)納米Fe3O4顆粒對腐殖酸的吸附去除效果較差，最佳吸附條件是:腐殖

5、酸溶液的初始濃度110 mg/L，pH值為7，反應(yīng)溫度為30±1℃。通過兩種熱力學(xué)方程擬合，發(fā)現(xiàn)Langmuir吸附等溫線擬合得到的最大吸附量為84.03 mg/g，其吸附平衡常數(shù)僅為0.025，反映出納米Fe3O4粒子對腐殖酸的吸附結(jié)合能較小，故而去除率不高，一般維持在30％左右。
　　(4)納米Fe3O4顆粒對氨氮的吸附去除相較于其他吸附劑效果尚可，最佳吸附條件是:納米Fe3O4的投加量為0.05g，pH值為11，反應(yīng)溫度為4

6、5±1℃。在較低濃度范圍內(nèi)Langmuir和Freundlich兩種模型都能很好的對吸附過程進行擬合，其中，Langmuir吸附等溫線的吸附平衡常數(shù)為0.34，通過Langmuir吸附等溫線擬合得到的理論最大吸附量為52.36mg/g;經(jīng)準(zhǔn)二級動力學(xué)方程擬合后，確定系數(shù)達到0.9901，對氨氮的吸附速率為24.94mg/(g·h)。
　　(5)將經(jīng)過吸附后洗脫烘干的納米Fe3O4進行再生吸附利用，發(fā)現(xiàn)其對污染物的吸附去除效果與首次