Page 163 - 精细化工2019年第10期

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第 10 期 施洁梅，等: 锰铁氧体/生物炭复合材料的制备及吸附 Cd 性能 ·2129·

因操作简便、工艺简单、处理污染物的效果好、对 恒温），在 50 ℃的水浴锅中边搅拌边缓慢加入乙二
[9]
环境有较强的适应性，而备受关注 。吸附法已被 醇（EG）120 mL，使其充分混匀、溶解，保温下，
广泛应用于地下水和饮用水处理等领域。吸附法的 向溶液中加入生物炭 10 g，搅拌 20 min，然后将混合
吸附剂种类较多，常用的有活性炭、分子筛、壳聚 溶液转移至反应釜，反应温度调至 200 ℃，反应 8 h
糖、生物炭、纳米材料等，但通常存在吸附成本高、 后将溶液取出冷却至室温，过滤后先用无水乙醇多
再生困难、容易引起二次污染等问题。所以，目前 次清洗，再用去离子水（电阻率 18.25 MΩ/cm）洗
研究重点是如何制备新型、高效、经济实用的吸附 至中性，去除未反应原料，洗完后将黑色产物放进
剂 [9-10] 。 真空干燥箱，在 60 ℃下干燥 24 h，取出磨碎过 100
锰氧化物改性的复合吸附材料已在水处理、空 目筛后获得 BMFC，密封保存于磨口玻璃瓶中备用。
气净化等环保领域得到较广泛应用，也一直是环境 1.3 吸附实验
领 域的研 究热 点。其 中， 尖晶石 型锰 铁氧 体 在 9 个 250 mL 锥形瓶中均配制 100 mL 质量浓
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（MnFe 2 O 4 ）由于其磁性较强、活性位点多、比表 度为 50 mg/L 的 Cd 溶液；用 0.1 mol/L HCl 和
面积大、具有较强的吸附和易再生重复性能，已在 0.1 mol/L NaOH 将其 pH 调至 2、3、4、5、6、7、8、
废水净化方面得到广泛研究 [11-12] 。然而，其制备的 9、10；调完 pH 后向溶液中加入 0.02 g BMFC，放
纳米吸附材料磁性较强、比表面能较高，易发生团 入恒温摇床中，将温度调至 25 ℃，在 150 r/min 下
聚现象，使得其活性位点和比表面积减少，从而降 振荡 150 min 后进行磁分离，用火焰原子吸收分光
低了其对重金属离子的吸附性能 [13] 。锰铁氧体纳米 光度计测定上清液中 Cd 浓度。所有实验做 3 组平
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粒子在水处理环境中具有分散性差、容易团聚等缺 行样，每组 9 个，结果取平均值。利用式（1）计算
点，本文采用负载的方式对其进行修饰，减少了团 吸附量。
聚现象，得到了分散性较好的复合材料，且该复合    V
材料本身具有磁性，易回收，不会造成二次污染， q  0 m e （1）
e

对重金属离子也有较好的吸附性能。 式中：  为 Cd 的初始质量浓度，  是吸附平衡
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锰铁氧体/生物炭复合材料有更高的吸附性能， 0 e 2+
时的质量浓度，mg/L；q e 是该吸附剂吸附 Cd 到平
是一种环境适应性好、经济、高效的吸附材料。本 2+
衡时的吸附量，mg/g；V 为 Cd 溶液体积，L；m 为
文用 MnFe 2 O 4 负载于生物炭表面，制备出一种吸附
加入的吸附剂质量，g。
性更强且易于分离回收的磁性复合吸附材料，并用
1.4 吸附动力学实验
SEM、XRD 和 FTIR 等手段对其进行了表征。
在 250 mL 锥形瓶中配制 100 mL 质量浓度为
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50 mg/L 的 Cd 溶液；用 0.1 mol/L HCl 和 0.1 mol/L
1 实验部分
NaOH 将其 pH 调至 7。取 0.02 g BMFC 加入 Cd 2+
1.1 试剂与仪器 溶液中，放入恒温摇床中，将温度调至 25 ℃，在
氯化锰、三氯化铁、无水醋酸钠、乙二醇、无 150 r/min 下振荡，分别在 5、10、20、30、40、60、
水乙醇、氢氧化钠，AR，国药集团化学试剂有限公 90、120、180 min 后进行磁分离，用火焰原子吸收
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司；HCl（质量分数约为 37.5%）、HNO 3 （质量分数 分光光度计测定上清液中 Cd 浓度。所有实验做 3
约为 68%），重庆川东化工集团；核桃壳生物炭 组平行样，结果取平均值。
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（100~200 目），鑫灏源环保有限公司。 Cd 被 BMFC 吸附的动力学行为可以用准一级
X 射线衍射仪（XRD-6000，日本岛津公司）； 动力学方程〔式（2）〕和准二级动力学方程〔式（3）〕
扫描电子显微镜（Supra-55，上海百贺仪器科技有 进行拟合。
限公司）；傅里叶变换红外光谱仪（JASCO-FTIR 6100， 准一级动力学方程：
日本华阳科仪公司）；火焰原子吸收分光光度计 Q  t Q e   1 1  1 kt  （2）
（TAS-990，北京普析通用仪器有限责任公司）；X  e 
准二级动力学方程：
射线光电子能谱仪(Axis Ultra DLD，英国 Kratos 公
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司)；比表面和孔径分布分析仪（Autosorb-Iq-MP， Q  kQ t （3）
2e
美国康塔公司）。 t 1 kQ t 2e
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1.2 制备 式中：Q t 为反应 t 时刻时对 Cd 的吸附量，mg/g；
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锰铁氧体/生物炭采用一步水热法制得。首先， Q e 为达到吸附平衡时对 Cd 的吸附量，mg/g；t 是
称取 4.0 g 无水醋酸钠、FeCl 3 5.4 g（0.02 mol）和 吸附所用时间，min；k 1 和 k 2 分别为准一级、准二
–1
MnCl 2 2.0 g（0.01 mol）于 250 mL 烧杯中（硅油 25 ℃ 级吸附速率常数，单位分别为 min 、g/（minmg）。