Fe3O4/GO对水溶液中Cd(Ⅱ)去除的影响因素

摘要

为探索高效且快速去除水溶液中Cd(II)污染方法,采用自制磁性四氧化三铁负载氧化石墨烯(Fe3O4/GO)纳米复合材料对水溶液中Cd(II)进行去除,利用单因素实验确定影响因素水平范围(初始Cd(II)浓度、温度、反应时间、初始pH值),并采用响应面法(RSM)及人工神经网络-遗传算法(ANN-GA)对去除水溶液中Cd(II)的影响因素(4因素3水平)进行优化,利用等温吸附、动力学及热力学参数研究吸附剂性能.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪及超导量子干涉器件(SQUID)对复合材料表征.结果表明,平均粒径为30.9nm的磁性Fe3O4/GO纳米复合材料被成功制备.RSM用于磁性Fe3O4/GO纳米复合材料对水溶液中Cd(II)去除条件优化,预测去除率达到86.451％,验证试验为82.220％,对应条件:温度为20.14℃,反应时间为57.78min,初始pH值为6.41和初始Cd(II)浓度为11.18mg/L;ANN-GA优化条件后的预测去除率为89.722％,验证试验为87.723％,相应条件:温度为29.96℃,pH值为5.49,初始Cd(II)浓度为28.36mg/L,反应时间为65.78min.根据模型R2值,预测的最大去除率及验证试验,ANN-GA模型性能及预测能力均高于RSM.RSM方差分析表明4个因素对磁性Fe3O4/GO纳米复合材料去除水溶液中Cd(II)的影响大小为:初始Cd(II)浓度>温度>反应时间>pH值.吸附机理分析结果显示,Fe3O4/GO纳米复合材料对Cd(II)吸附过程同时存在着物理吸附和化学吸附.结合ANN-GA优化,利用磁铁实现且快速分离,磁性Fe3O4/GO纳米复合材料用于去除Cd(II)是可行的.