Page 167 - 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 ·2133·

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Langmuir 等温吸附方程计算得出 BMFC 对 Cd 的饱
和吸附量为 32.74 mg/g，与实验平衡吸附量 31.00
mg/g 接近。
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2.4 锰铁氧体/生物炭吸附 Cd 机理探讨
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图 12 为 Cd 被吸附前后 XPS 总谱，图 13 为
XPS 的分峰拟合图谱。根据图 12 可以看到，Cd3d
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的出现表明 Cd 被吸附到 BMFC 表面，C1s、O1s、
Mn2p、Fe2p 的特征峰也可以在图中清晰地看到，表
明成功负载了锰铁氧体纳米粒子。在图 13A 中，吸

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图 10 Cd 起始浓度对吸附量的影响 附前 BMFC 中的 O1s 被分峰拟合成 S—O，其结合
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Fig. 10 Effect of initial concentration of Cd on the 能为 530.1 eV，S—OH 的结合能为 530.8 eV，S—
adsorption capacity COOH 对应的是 532.4 eV [9,13,26] ，对吸附 Cd 后的
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O1s 进行分峰拟合后发现这 3 个峰对应的结合能都
有偏移，分别偏移到 530.2、530.9、532.5 eV，说明
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BMFC 表面的官能团和 Cd 发生了反应，导致偏移
的发生 [9,13,27] ；C1s 的分峰拟合图谱见图 13B，C==C
对应的结合能为 284.3 eV，—C—C—的结合能为
284.9 eV，结合能 285.5 eV 处为—C—O 的峰，—
COO —对应的结合能是 288.5 [9,13,28] 。通过比 较
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BMFC 对 Cd 吸附前后的 C1s 分峰面积发现，吸附
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了 Cd 之后—C—C—和—COO—的峰面积减少，说
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图 11 Cd 的吸附等温线 明羧基与 Cd 可能发生了反应，得出的结论和图
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Fig. 11 Isothermal models of Cd adsorption 13A 中的一致 [9,13,29] ；图 13C、D 分别为 Mn2p 和 Fe2p

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的 XPS 图，通过吸附 Cd 前后的对比图发现，图
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表 3 锰铁氧体/生物炭复合材料对 Cd 吸附的等温线特 2+
征参数 13C 中吸附 Cd 后，Mn2p 3/2 的峰值发生了偏移，原
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Table 3 Isothermal model parameters of Cd adsorption 因是 Cd 和锰元素上的羟基或羧基发生了反应，吸
on manganese ferrite/biochar composite 附了 Cd 后 Fe2p 3/2 和 Fe2p 1/2 的结合能降低，大概
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q e,exp/ Langmuir 等温吸附方程 Freundlich 等温吸附方程 是 Cd 和铁元素上的羟基或羧基也发生了反应所

(mg/g) 2 2
q m/(mg/g) b/(L/min) R k F n R
致。对 Cd3d 进行分峰拟合，如图 13E 所示，Cd3d 5/2
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Cd 31.00 32.74 0.132 0.998 11.373 4.601 0.875 的特征峰出现在结合能为 412.35 eV 处，在结合能
为 405.29 eV 处为 Cd3d 7/2 的特征峰，这可能是因为
根据图 11 和表 3 可以看出，Langmuir 等温吸 2+
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附方程的相关系数 R 为 0.998，而 Freundlich 等温 BMFC 表面的羟基或羧基与 Cd 反应形成(X—
[9,13,18,30]
O) 2 Cd 或(X—COO) 2 Cd 2 （X 代表的是 BMFC）
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吸附方程的 R 为 0.875，说明 Langmuir 等温吸附方
所致。
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程更符合 BMFC 对 Cd 的吸附，说明该吸附过程以
单分子层吸附为主。
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通过 Langmuir 等温吸附方程平衡参数 R L 可
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以判断 BMFC 对 Cd 的吸附能力，公式如下：
1
R  （6）
L
  0 1 b
式中：b 为 Langmuir 模型拟合的吸附常数，L/mg；
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 为 Cd 的初始质量浓度，mg/L。
0
R L 的大小表示吸附的难易程度，当 0＜R L ＜1

时，有利于吸附剂对吸附质的吸附；当 R L ＞1 时，
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图 12 Cd 被 BMFC 吸附前（a）、后（b）的 XPS 对比
不利于吸附；R L =1 为线性吸附；R L 趋于 0 为不可逆
分析图
吸附。根据公式（6）计算得出，平衡参数 R L 介于 Fig. 12 Comparison and analysis of XPS spectra before (a)
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0~1，说明 BMFC 有利于 Cd 的吸附。并且，用 and after (b) Cd adsorption by BMFC