Page 187 - 《精细化工》2022年第11期

第 39 卷第 11 期 精 细 化 工 Vol.39, No.11
2 022 年 11 月 FINE CHEMICALS Nov. 2022

水处理技术与环境保护
表面活性剂改性 Fe O 对 As(Ⅴ)和 As(Ⅲ)的吸附
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赵尉伶 ，杜 泽 ，任星屿 ，孙 英 ，周金龙 ，杨方源
（1. 新疆农业大学 资源与环境学院，新疆 乌鲁木齐 830052；2. 新疆农业大学 数理学院，新疆 乌鲁
木齐 830052；3.新疆农业大学 水利与土木工程学院，新疆 乌鲁木齐 830052）
摘要：利用 3 种构型的阳离子表面活性剂〔十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、二亚甲基-1,2-二(N-十二烷基-N,N-
二甲基溴化铵)（Gemini 12-2-12）和癸烷-1,10-双(三甲基溴化铵)（Bola）〕分别修饰 Fe 3 O 4 纳米颗粒，制得
Fe 3 O 4 @CTAB、Fe 3 O 4 @Gemini 和 Fe 3 O 4 @Bola 纳米颗粒（三者统称 Fe 3 O 4 @surfactants），将其用于水中 As(Ⅴ)
和 As(Ⅲ)的处理。通过 XRD、TEM、FTIR 和磁性测量系统（VSM）对其进行了表征，同时对 As(Ⅴ)和 As(Ⅲ)
的吸附进行吸附动力学、吸附等温模型拟合和吸附行为的研究，并考察了 Fe 3 O 4 @surfactants 的吸附-解吸再生循
环性能及结构稳定性。结果表明，Fe 3 O 4 @surfactants 对 As(Ⅴ)的吸附效果均高于 As(Ⅲ)，吸附符合准二级动力
学模型和 Langmuir 吸附等温模型，且 Gemini 12-2-12 表面活性剂所修饰的 Fe 3 O 4 纳米颗粒的吸附容量最大。该
吸附过程的吸附驱动力主要来自阳离子表面活性剂分子在固液界面的排列行为、表面活性剂头基与阴离子的静
电作用以及尾链与 As(Ⅴ)、As(Ⅲ)之间的配位作用。以去除效率较高的 As(Ⅴ)进行循环实验，经过 5 次吸附-解
吸循环实验后，Fe 3 O 4 @surfactants 对 As(Ⅴ)的吸附率依然维持在 85%左右，且纳米颗粒回收率均在 90%以上。
关键词：砷；磁性纳米颗粒；表面活性剂；吸附过程；水处理技术
中图分类号：TQ630；X501 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2022) 11-2337-11

Adsorption of As(Ⅴ) and As(Ⅲ) by surfactant-modified Fe 3O 4

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ZHAO Yuling , DU Ze , REN Xingyu , SUN Ying , ZHOU Jinlong , YANG Fangyuan
（1. College of Resource and Environment, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, Xinjiang, China; 2. College of
Mathematics and Physics, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, Xinjiang, China; 3. College of Hydraulic
and Civil Engineering, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, Xinjiang, China）
Abstract: Fe 3 O 4 @CTAB, Fe 3 O 4 @Gemini and Fe 3 O 4 @Bola (the three collectively referred to Fe 3 O 4 @surfactants)
were synthesized via Fe 3O 4 nanoparticle modification with three configurations of cationic surfactants
[cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), dimethylene-1,2-bis(N-dodecyl-N,N-dimethylammonium
bromide) (Gemini 12-2-12) and decamethonium bromide (Bola)] respectively, and then used for As(Ⅴ) and
As(Ⅲ) removal in water treatment. The Fe 3O 4@surfactants obtained were characterized by XRD, TEM,
FTIR and magnetic measurement system (VSM). Meanwhile, The adsorption kinetics, adsorption isotherm
models fitting and adsorption behavior for As(Ⅴ) and As(Ⅲ) as well as the adsorption-desorption
regeneration cycle performance and structural stability of Fe 3O 4@surfactants were investigated. The results
demonstrated that Fe 3O 4@surfactants displayed higher adsorption capacity for As(Ⅴ) than As(Ⅲ) with
adsorption process fitting to the quasi-secondary kinetic model and the Langmuir adsorption isotherm
model, and Fe 3O 4@Gemini exhibited largest adsorption capacity among the three Fe 3O 4@surfactants. The
driving force of this adsorption process was mainly contributed by the arrangement behavior of cationic
surfactant molecules at the solid-liquid interface, the electrostatic interaction between the surfactant head

收稿日期：2022-05-25; 定用日期：2022-07-04; DOI: 10.13550/j.jxhg.20220497
基金项目：国家自然科学基金（41761097、42007161、42067035）；新疆维吾尔自治区自然科学基金（2022D01B20）；新疆水利
工程安 全与 水 灾害防 治重 点 实验室 2022 年开放 课题（ZDSYS-JS-2022-13）；第 67 批中国博士后科学基金会面上项目
（2020M673643XB）
作者简介：赵尉伶（1996—），女，硕士生，E-mail：958857380@qq.com。联系人：杨方源（1988—），女，讲师，E-mail：yangfy@xjau.edu.cn。