【摘 要】
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铁尾矿为铁选矿过程产生的固体废弃物,对环境造成了严重负面影响,尾矿库还存在溃坝等安全隐患。高硅铁尾矿为京津冀地区产量较大的尾矿之一,主要由石英、钙长石、斜长石、斜绿泥石和黑云母等矿物组成,这种硅酸盐复合矿物含有丰富硅氧四面体。目前,铁尾矿研究重点停留在将铁尾矿作为特殊“化学原料”的利用上,鲜有针对铁尾矿微观结构特点构筑新材料或铁尾矿结构转变的系统研究。本工作以高硅铁尾矿为主要原料制备硅酸锰复合材料
【基金项目】
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河北省巨人计划创新团队领军人才； 河北省自然科学基金（No.E2019202411）；
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铁尾矿为铁选矿过程产生的固体废弃物,对环境造成了严重负面影响,尾矿库还存在溃坝等安全隐患。高硅铁尾矿为京津冀地区产量较大的尾矿之一,主要由石英、钙长石、斜长石、斜绿泥石和黑云母等矿物组成,这种硅酸盐复合矿物含有丰富硅氧四面体。目前,铁尾矿研究重点停留在将铁尾矿作为特殊“化学原料”的利用上,鲜有针对铁尾矿微观结构特点构筑新材料或铁尾矿结构转变的系统研究。本工作以高硅铁尾矿为主要原料制备硅酸锰复合材料,研究制备过程中高硅铁尾矿的结构转变规律,探索硅酸锰复合材料对混合阳离子染料中亚甲基蓝（MB）的选择性吸附能力及吸附机理,达到“以废治废”的目的。本文以水热法引入Mn2+在碱性条件下与高硅铁尾矿发生反应,所得硅酸锰复合材料主要由Si、O、Mn元素组成,含少量Al、Mg、Fe,表面富含Mn-OH基团,通过调节乙酸锰添加量和实验条件分别制得具有空心纳米泡和卷曲纳米片层状结构的硅酸锰复合材料。当水热反应时间12小时、温度为180℃、硅酸钠和乙酸锰添加量分别为4.263和3.676 g时,合成复合材料为卷曲纳米片层状结构,其比表面积为448 m2 g-1,孔容量为0.729 cm3 g-1。经600℃煅烧后,硅酸锰复合材料实现了从无定型到晶体的转变。材料合成过程中,硅酸钠水解产生的OH-和SiO32-离子与铁尾矿中硅酸盐复合矿物表面发生作用,通过碱刻蚀打破各矿物中的Si-O和M-O（M=Al、Mg、Fe等）化学键,在矿物表面形成大量的活性位点,为Mn离子提供了吸附位点;硅酸根离子和Mn2+在尾矿中石英与溶液的固液界面处结合,Mn逐渐替代硅氧四面体中Si-O-Si化学键中的Si。新生成的无定形硅酸锰与未反应完全的石英共同构成硅酸锰复合材料。制备的硅酸锰复合材料对MB具有优良的吸附性能。在本工作实验条件下,复合材料在1 min内的去除率为99%,最大吸附容量为217 mg g-1,吸附行为符合准二级动力学模型和Freundlich吸附等温线模型,吸附过程包含物理吸附与化学吸附。硅酸锰复合材料显示出对混合阳离子染料中MB高效、快速的选择性吸附性能,氢键结合作用及空间位阻效应对MB选择性吸附性能起到关键作用。
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