HCO-doped-(Fe3O4)x复合吸附剂除Sb(Ⅲ)/Sb(Ⅴ)性能研究

来源 :湖南科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jipin226
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锑(Sb)作为一种重要的工业原材料,被应用于诸多工业领域,但是锑同时能够对人体健康产生许多负面影响。随着锑的广泛应用以及含锑废水的排放,使得水环境中的锑浓度升高,造成了严重的环境问题。因此,将锑从水环境中去除成为许多研究人员的重要研究内容。铁基吸附材料除锑技术以其良好的吸附性能和在外加磁场的作用下可以很好地从溶液中分离以及可以多次重复利用等独特性能等优点,得到了污废水重金属处理相关领域研究者的广泛关注。本文以富含水合氧化铈(Ce O2·H2O)的研磨抛光污泥为研究对象利用不同手段对其进行处理,得到不同的吸附剂进行除锑研究。通过对得到的吸附剂进行除锑效果对比,得到适合本研究的除锑吸附剂(HCO-doped-(Fe3O4)x复合吸附剂),并对吸附剂的合成进行优化处理。优化后的吸附剂对模拟废水中的锑进行静态吸附实验,分析吸附剂除锑影响因素,结合表征结果以及等温吸附模型和动力学模型,对合成的吸附剂进行除锑机理研究。研究得到的结论如下:(1)分别以300℃和400℃高温干燥处理得到的研磨抛光污泥,再分别以硫酸溶液、氯化铁溶液和四氧化三铁等改性处理得到H2SO4-HCO(300℃)复合吸附剂、H2SO4-HCO(400℃)复合吸附剂、Fe(III)-HCO(300℃)复合吸附剂、Fe(III)-HCO(400℃)复合吸附剂、HCO(300℃)-doped-(Fe3O4)x复合吸附剂和HCO(400℃)-doped-(Fe3O4)x复合吸附剂。对六种吸附剂进行效果对比发现,HCO(400℃)-doped-(Fe3O4)x复合吸附剂除锑效果最好。(2)对HCO(400℃)-doped-(Fe3O4)x复合吸附剂制备条件进行有优化发现,当Ce/Fe摩尔比分别为1:0.67和1:1时,HCO-doped-(Fe3O4)x复合吸附剂分别对Sb(III)和Sb(V)有最佳的吸附去除效果。(3)采用静态吸附实验对HCO-doped-(Fe3O4)x复合吸附剂吸附除锑实验条件进行优化结果发现,在p H为3和2,吸附剂投加量为0.2g/L,25℃的条件下,HCO-doped-(Fe3O4)x复合吸附剂对Sb(III)和Sb(V)的分别在3h和6h时达到最大吸附量44.46mg/g和47.91mg/g。(4)以SA包裹HCO-doped-(Fe3O4)x复合吸附剂制备出HCO-doped-(Fe3O4)x/SA微球(SAB),对其进行表征以及除锑效果研究。结果表明,以SA包裹后,并不会影响HCO-doped-(Fe3O4)x复合吸附剂的元素组成以及物相(主要化合物成分),但由于SA的包裹,降低了HCO-doped-(Fe3O4)x复合吸附剂的表表面积,造成SAB微球吸附Sb(III)和Sb(V)的性能下降(去除率下降,平衡时间延长)。(5)采用等温吸附模型和吸附动力学模型对吸附过程进行研究发现,Langmuir模型能较好的描述Sb(III)在HCO-doped-(Fe3O4)x复合吸附剂上的吸附过程(R2>0.9),但对Sb(V)的吸附过程的拟合并不理想;Freundlich吸附等温模型可以很好的描述Sb(III)和Sb(V)在HCO-doped-(Fe3O4)x复合吸附剂上的吸附过程(R2>0.9),Freundlich模型拟合HCO-doped-(Fe3O4)x复合吸附剂吸附Sb(V)的相关系数R2高达0.945,高于Langmuir模型模拟的相关系数R2(0.757),可见HCO-doped-(Fe3O4)x复合吸附剂吸附Sb(V)的过程宜采用Freundlich来描述,Freundlich吸附等温模型常数1/n<0.5,表明Sb(III)和Sb(V)易于被HCO-doped-(Fe3O4)x复合吸附剂吸附,吸附过程包含了单层(化学)和多层(物理)吸附,属于协同吸附;D-R吸附等温模型表明吸附过程均属于化学吸附。吸附动力学模型表明,准二级动力学模型可较好的拟合HCO-doped-(Fe3O4)x复合吸附剂吸附Sb(III)和Sb(V)的动力学过程,暗示了吸附过程中Sb(III)和Sb(V)离子受到固液界面所发生的化学反应控制。同时,Elovich也能描述HCO-doped-(Fe3O4)x复合吸附剂吸附Sb(III)和Sb(V)的动力学过程,这个暗示了非均质层扩散(heterosphere diffusion reaction)在吸附过程中也起了一定的作用。(6)采用SEM、EDS、SBET、XRD和XPS等现代表征手段对HCO-doped-(Fe3O4)x复合吸附剂以及吸附Sb(III)和Sb(V)后的剩余物进行表征,进一步研究HCO-doped-(Fe3O4)x复合吸附剂吸附Sb(III)和Sb(V)的吸附机理。研究表明,采用改进的共沉淀法成功的将Fe掺杂到HCO污泥中,形成了具有多孔和多活性位点的HCO-doped-(Fe3O4)x复合吸附剂。Sb(Ⅲ)/Sb(Ⅴ)离子可以与HCO-doped-(Fe3O4)x复合吸附剂存在的Fe3O4中的铁八面体中A型羟基发生配位体交换反应,形成单齿单核、单齿双核或双齿双核配位体从而达到去除的目的。吸附剂合成制备过程中会生成了化合物Fe Ce2O4,吸附除锑时,Fe Ce2O4在水解过程中先与水之间发生电子、离子转移,形成双电子层结构,并且原位生成高比表面积的无定型水合铁氧化物X≡Fe-OH,然后与Sb(III)或Sb(V)在铁氧化膜上通过配位体交换反应。Sb(III)或Sb(V)能够与Ce O2和Ce2O3通过反应络合反应生成Ce Sb O3或Ce Sb O4达到去除的目的。除此之外,Sb(III)在吸附的过程中还能够被吸附剂中存在的Ce O2和Fe2O3氧化转换为Sb(V)在通过络合反应进行去除。
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