锆改性磁性材料对水中磷酸根茜素红及邻苯二酚的吸附研究

摘要

磁性材料因其本身的磁性而具有易于分离的特性，逐渐被广泛应用于废水处理，并且有研究表明锆对磁性材料的改性能增强其对阴离子的吸附性能。本文采用化学沉淀法制备了锆一次负载和二次负载的磁性 Fe3O4 （Zr-Fe3O4 和Zr-Zr-Fe3O4），并对改性条件进行了优化，分别采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X 射线荧光分析（XRF）、红外光谱分析（FTIR）和等电点对改性前后材料进行了表征，表明锆成功负载到了磁性材料表面。此外，本文还探讨了吸附剂对PO43-、茜素红（AR）及邻苯二酚的静态吸附行为和解吸再生效果，以及 PO43-和 AR、AR 和酸性铬兰 K（AK）的竞争吸附，并对单组份吸附体系进行了等温线、动力学和热力学分析。为了进一步讨论吸附过程的反应机理，本文对吸附前后的吸附剂进行了X射线光电子能谱（XPS）分析。 Zr-Fe3O4对PO43-和AR的吸附研究结果表明：溶液初始pH值的增加不利于吸附，其中PO43-在pH=3时吸附量最大；温度对PO43-和AR的吸附有弱的正影响；HCO3-的存在不利于PO43-的吸附，但离子强度对AR的吸附有正作用。等温线模型Freundlich、Koble-Corrigan和Redlich-Peterson可以用来描述Zr-Fe3O4对PO43-吸附过程，Redlich-Peterson模型是AR吸附的最佳等温线拟合模型；Zr-Fe3O4对PO43-和AR的最佳单位吸附量分别为8.63 mg·g-1、63.8 mg·g-1；动力学拟合分析数据的结果说明，两种吸附质的吸附过程都可以用Elovich方程来描述。对磷和AR的解吸再生效果最好的溶液分别是0.1 mol·L-1和0.01 mol·L-1 NaOH，其中对磷的吸附可达到多次循环利用。AR 分别与 PO43-和 AK的竞争吸附表明Zr-Fe3O4对磷酸根和AR的吸附无选择性，但与AK吸附相比，吸附剂对AR具有优先吸附性。 Zr-Zr-Fe3O4对邻苯二酚的静态吸附研究结果是：pH值在3-7之间邻苯二酚的吸附效果基本无变化；盐度对吸附影响不大；温度的升高有利于吸附的进行。等温线分析的最佳拟合模型为Langmuir和Redlich-Peterson，最大单位吸附量为28.8 mg·g-1；Elovich和Double Constant方程都能用来描述邻苯二酚吸附的动力学过程。实验中所用解吸液对邻苯二酚的解吸再生效果较差。 对三种单组份体系吸附前后的吸附剂进行XPS结果分析，结合吸附实验结果，认为 Zr-Fe3O4对 PO43-的吸附机理主要为配位络合、离子交换；Zr-Fe3O4和AR之间的作用力主要是络合作用和静电引力；Zr-Zr-Fe3O4对邻苯二酚的吸附作用主要为成环络合作用。

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