Page 191 - 《精细化工》2022年第11期

第 11 期 赵尉伶，等: 表面活性剂改性 Fe 3 O 4 对 As(Ⅴ)和 As(Ⅲ)的吸附 ·2341·

根据图 2 中 a、b、c 右上角粒径分布直方图可 别归属于Gemini 12-2-12 上CH 2 不对称和C—H 拉伸振
见，Fe 3 O 4 @CTAB 的粒径尺寸集中在 10~12 nm 范 动吸收峰 [35] 。Fe 3 O 4 、Fe 3O 4 @CTAB、Fe 3 O 4 @Gemini
围内，平均粒径为 11.19 nm；Fe 3 O 4 @Gemini 的粒径 和 Fe 3O 4@Bola 的 Fe—O 特征峰分别位于 562.98、
–1
尺寸集中在 12~14 nm 范围内，平均粒径为 12.76 nm； 576.49、574.87 和 579.89 cm 处，Fe—O 振动峰位置
Fe 3 O 4 @Bola 的粒径尺寸集中在 13~14 nm 范围内， 变化归因于经过表面活性剂修饰后的 Fe 3O 4 纳米颗粒
平均粒径为 12.37 nm，这与德拜-谢乐公式〔式（6）〕 尺寸不同。综上可知，CTAB、Gemini12-2-12 及 Bola
计算结果较为吻合，说明合成的 Fe 3 O 4 @surfactants 已经成功修饰在 Fe 3O 4 磁性颗粒表面。
纳米颗粒均具有单分散性并呈单一球状，且粒子尺 2.4 磁滞回线（VSM）分析
寸为纳米级。由图 2d、e 和 f 可知，Fe 3 O 4 @CTAB、 采用振动样品磁强计测试 Fe 3 O 4 @surfactants 的
Fe 3 O 4 @Gemini 和 Fe 3 O 4 @Bola 的晶格条纹间距均为 磁 学 性能 ，结 果如 图 4 所示 。 Fe 3 O 4 @CTAB、
0.29 nm，这与 XRD 中(220)晶面相对应，再次证实 Fe 3 O 4 @Gemini 和 Fe 3 O 4 @Bola 的饱 和磁化强 度
所制样品为 Fe 3 O 4 单晶。 （MS）分别为 75.73、70.33 和 75.76 emu/g。图 4
2.3 FTIR 分析 中没有观察到明显的矫顽力现象，表明这 3 种材料
Fe 3 O 4 @surfactants 的 FTIR 谱图如图 3 所示。 都 具有超顺磁 性。与无修 饰的 Fe 3 O 4 （ MS 为
79.6 emu/g） 相比，Fe 3 O 4 @surfactants 的饱和磁化
[36]
强度值均有所降低，这归因于表面活性剂具有非磁
性，故经过表面活性剂修饰的纳米颗粒的磁性随之
降低。由图 4 插图磁铁吸附 Fe 3 O 4 @surfactants 实验
可知，分散在水溶液中的纳米颗粒均可被磁铁吸引，
尽管饱和磁化强度有所降低，但 Fe 3 O 4 @surfactants
的磁响应能力仍能满足其磁分离效果。

图 3 Fe 3 O 4 (a)、Fe 3 O 4 @CTAB (b)、Fe 3 O 4 @Gemini (c)
和 Fe 3 O 4 @Bola (d)的 FTIR 谱图
Fig. 3 FTIR spectra of Fe 3 O 4 (a), Fe 3 O 4 @CTAB (b),
Fe 3 O 4 @Gemini (c) and Fe 3 O 4 @Bola (d)

纯相 Fe 3 O 4 （图 3a）和 Fe 3 O 4 @surfactants（图
–1
3b、c、d）在 3000~3500 cm 区域的主要峰分别位
–1
于 3356.21、3321.86、3413.51 及 3420.15 cm 处，

归属于 H 2 O 羟基的伸缩振动；1620.37、1620.09、
−1
1625.07 和 1623.41 cm 处峰分别归属于—CH 2 —的 图 4 Fe 3 O 4 @surfactants 的 VSM 谱图
Fig. 4 Magnetic hysteresis loop of Fe 3 O 4 @surfactants
伸 缩振动； 在 1401.20 、 1401.04 、 1403.70 和
–1
1403.28 cm 处峰归属于 C—H 键面内弯曲振动，在 2.5 纳米颗粒对 As(Ⅴ)与对 As(Ⅲ)的吸附机制对比
–1
1121.68、1125.26、1123.62 和 1124.57 cm 处峰为 2.5.1 吸附动力学模型
Fe—OH 对称拉伸峰。此外，Fe 3 O 4 @CTAB 谱图上 在 25 ℃下，Fe 3O 4@surfactants 吸附 As(Ⅴ)与
–1
2102.42 cm 处吸收峰归属于 CH 2 —CH 2 拉伸振动。 As(Ⅲ)的数据用准一级动力学模型和准二级动力学模
–1
Fe 3 O 4 @Gemini 谱图上，2922.92 和 2853.47 cm 处峰分 型进行拟合，所得结果和相关参数见图 5、6 和表 1。

表 1 吸附动力学方程拟合参数
Table 1 Fitting parameters of adsorption kinetics
准一级动力学模型 准二级动力学模型
纳米颗粒 去除对象
–1
2
k 1/min q e/(mg/g) R k 2/[g/(mg·min)] q e/(mg/g) R 2
Fe 3O 4@CTAB As(Ⅴ) 1.720 4.966 0.612 2.494 4.988 0.923
Fe 3O 4@Gemini As(Ⅴ) 1.876 4.985 0.905 3.939 4.998 0.975
Fe 3O 4@Bola As(Ⅴ) 1.491 4.963 0.624 1.549 4.997 0.941
Fe 3O 4@CTAB As(Ⅲ) 0.111 4.786 0.947 0.029 5.238 0.987
Fe 3O 4@Gemini As(Ⅲ) 0.201 4.891 0.972 0.059 5.193 0.989
Fe 3O 4@Bola As(Ⅲ) 0.153 4.815 0.963 0.043 5.173 0.994