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蒙脱石/零价铁纳米复合材料修复水体重金属污染效率及机理研究

郭晶晶  
【摘要】:本文以分散性和吸附性好,且廉价易得的蒙脱石为载体,通过硼氢化钠化学液相还原法,制备了蒙脱石(Mt)/零价铁(Fe0)纳米复合材料(Mt/Fe0)。采用X射线衍射分析(XRD)、X射线能谱分析(EDX)、扫描电镜(FESEM)等表征技术分析颗粒的元素分布、粒径、结构等情况,并用制备的纳米复合材料去除水中的重金属离子Cu2+、Pb2+和Zn2+,研究纳米复合材料的吸附能力,影响吸附的因素,并通过对吸附前后的材料进行X射线光电子能谱分析(XPS)探讨吸附机理。 结果表明:制备的负载型Fe0颗粒内核为α-Fe,外壳包覆有磁铁矿和磁赤铁.矿的铁氧化物,抗氧化性好、有一定的铁磁性,在蒙脱石中分散良好。用0.02gMt/Fe0分别处理20mL初始浓度为20mg/L的Cu2+、50mg/L的Pb2+和20mg/L的Zn2++,30min后吸附率分别达到93.3%,95.5%和81.8%。在温度15-45℃范围内,温度变化对吸附的影响不显著。pH值和初始浓度对吸附影响明显,吸附率随pH值的升高而上升,随初始浓度的升高而下降。用Mt、Fe0纳米颗粒、Mt/Fe0复合材料做对比试验,Mt/Fe0吸附效果最好。吸附反应均符合准二级吸附动力学方程,Cu2+和Zn2+的热力学吸附数据拟合显示Freundlich吸附等温线的拟合度优于Langmuir吸附等温线,而Pb2+的热力学吸附数据对两种等温线的拟合度差异不大。经XPS分析后,发现Mt/Fe0吸附Cu2+是以还原反应和吸附作用为主,对Pb2+和Zn2+的吸附主要以络合反应和吸附作用为主。本研究有望为Mt/Fe0纳米复合材料在水体重金属污染修复方面的应用提供理论和实验依据,具有较大的实用潜力和创新性。


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