Page 165 - 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 ·2131·

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从图 3a、b 可以看出，有大量的锰铁氧体纳米 —COO 的振动峰，1421.48 cm 处为羰基 C==O 和
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粒子负载在生物炭表面，同时有一部分锰铁氧体纳 芳环 C==C 的伸缩振动吸收峰 [13] ，1101.52 cm 附近
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米粒子在微孔里产生，表面和内部都有纳米粒子团 为 C—O 的伸缩振动吸收峰，669.41 cm 附近为苯
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聚现象，表明在生物炭的表面已经成功负载了锰铁 环上 C—H 面外弯曲振动吸收峰，523.06 cm 附近
氧体纳米粒子。由图 4 可以看出，制备得到的 BMFC 的峰由吡啶、呋喃等杂环振动产生 [17] 。结果表明，
吸附材料的组成元素有 Mn、Fe、O、C 等。 生物炭表面含有羟基、羰基和羧基等含氧官能团，
2.2.2 XRD 分析 而且具有杂环和芳香结构。
BMFC 的 XRD 图如图 5 所示。从图 5 可以看出， 在图6b中，与生物炭相比，在589.27和554.10 cm –1
BMFC 的 XRD 曲线中主要的衍射峰峰位和相对强 处分别出现了 Fe—O 和 Mn—O 的伸缩振动吸收
度与其尖晶石型锰铁氧体的标准图谱（JCPDF10- 峰 [19-20,15] ，说明已成功制备了 BMFC，与 XRD 的分
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0319 号卡片）一致；MnFe 2 O 4 的晶面衍射峰（111）、 析结果一致。3420.26 和 2609.64 cm 附近为—OH
（220）、（311）、（400）、（511）和（440）和 BMFC 的振动峰 [18,22] ,与生物炭相比峰的强度增强；1652.91
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在 2θ=18°、30°、35°、43°、56°、62°的衍射峰分别 cm 处为—COO 和羰基 C==O 的伸缩振动吸收峰，
对应 [9,13,17] ，表明成功负载了锰铁氧体,合成了锰铁 与生物炭相比向高波数方向移动，峰的强度增强；
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氧体/生物炭复合材料。 C==C 的特征峰在 1446.14、1006.21 cm 处的 C—H
面外弯曲振动吸收峰向高波数位移 [9,13,21-24] ；BMFC
和生物炭表面都含有羟基、羰基和羧基等含氧官能
团，说明生物炭负载了锰铁氧体后的晶体结构没有
发生改变。以上分析说明成功合成了BMFC复合材料。
2.3 吸附实验
2.3.1 pH 对生物炭载体和 BMFC 吸附效果的影响
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pH 是影响 Cd 吸附的重要因素，BMFC 对于
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Cd 的吸附过程会受到溶液最初 pH 的影响，BMFC
表面的官能团、电荷、活性位点等都会受其影响，不
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同 pH 对 Cd 的存在形态也会有影响。pH 对生物炭
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图 5 锰铁氧体/生物炭复合材料的 XRD 图 载体和 BMFC 吸附 Cd 效果的影响分别如图 7 所示。

Fig. 5 XRD pattern of manganese ferrite/biochar composite

2.2.3 FTIR 分析
采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）分别测定了
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生物炭载体和 BMFC 在 4000~400 cm 的 FTIR 图，
结果见图 6。

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图 7 pH 对生物炭载体和 BMFC 吸附 Cd 效果的影响
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Fig. 7 Effect of pH on the Cd adsorption by biocharcarrier and
BMFC

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从图 7 生物炭载体对 Cd 的吸附效果可以看
出，随着 pH 增加，吸附量随之增加。当溶液 pH 较
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低（2.0~5.0）时，生物炭对 Cd 的吸附量较少，当 pH

图 6 生物炭负载锰铁氧体前（a）、后（b）的 FTIR 谱图 大于 5.0 后吸附量迅速增加，当溶液 pH 大于 9.0 后
Fig. 6 FTIR spectra of biochar before (a) and after (b) 趋于稳定，变化不大。原因可能是在酸性较强的条
loading manganese ferrite
件下，生物炭所含的弱酸性基团难以解离出来，影
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如图 6a 所示，3422.69 cm 附近出现—OH 的 响吸附；增加 pH，促进羧基的水解，使表面电负性
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–1 提高，Cd 与生物炭之间的引力增加，有利于吸附
振动吸收峰，2911.95、2842.40 cm 处为脂肪族 CH 2
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的伸缩振动吸收峰 [17-18] ，1642.07 cm 处为芳香酸类 的进行。