Page 60 - 《精细化工》2022年第6期
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·1126·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 39 卷

            子印迹聚合物       [10] 、纳米零价铁（nZVI）      [11] 被广泛用      丁生化科技股份有限公司；NaOH，分析纯，上海易
            于金属离子吸附。nZVI 具有比表面积大、毒性小、                          恩化学技术有限公司；无水 CdCl 2 、NaNO 3 ，分析纯，
            成本低和易制备等优点，其制备方法主要包括溅射                             上海百舜生物科技有限公司；Cd 标液，国家计量科
            法、混合等离子体法、化学还原法、热解羰基铁法、                            学研究院；pH 缓冲试剂，上海阔思电子有限公司。
            绿色合成法等       [12-13] 。nZVI 在水中存在易团聚、易钝             1.2   仪器
            化、易流失和电子选择性差的问题，通常需要对                                  JSM-7400F 扫描电子显微镜、JEM-2100 Plus 透
            nZVI 进行改性以提高其去除污染物的能力                  [14] 。多孔    射电子显微镜，日本 JEOL 公司；UItima  Ⅳ型 X 射
            炭材料改性 nZVI 是当前研究热点，介孔炭、石墨                          线衍射仪，日本 Rigaku 公司；SQUID-VSM 磁性测
            烯、碳纳米管可以提高 nZVI 的迁移率、反应活性、                         量系统，美国 Quantum Design 公司；Tristar  Ⅱ 3020
            污染物选择性以及电催化性能              [15] 。研究人员通常使           型吸附比表面积孔径分布仪，美国 Micromeritics 公
                          2+
                                         0
                              3+
            用 NaBH 4 将 Fe /Fe 还原成 Fe 负载到炭表面           [15] ，   司；OTF1200X 管式炉，合肥科晶材料技术有限公
            NaBH 4 不仅价格昂贵，还原过程中还生成了大量的                         司；HX-2112 型恒温培养摇床，上海海向仪器设备
                       [7]
            二次污染物 。                                            有 限公司； Seven 系列 pH 测 试 仪，美国
                                                       [7]
                 碳热法制备 Fe/C 复合材料是当前研究热点 。                      Mettler-Toledo 公司；AA-7000 型原子吸收分光光度
            使用生物质与铁源共混，在高温、惰性气体保护下将                            计，日本 Shimadzu 公司。
              2+
                            0
                  3+
            Fe /Fe 还原成 Fe 制备 Fe/C 复合材料已见报道            [16] ，   1.3   球形 ZVIBC 的制备
            但大多数材料如麦秆、锯屑制备的 Fe/C 复合材料中                             称取 30 g SA 置于烧杯中，加入 1 L 蒸馏水搅
            Fe 负载量不高。CHEN 等       [17] 使用废弃木材制备的零价             拌溶解，将其滴入浓度为 0.3 mol/L 的 FeCl 3 •6H 2 O
            铁生物炭（ZVIBC）中 Fe 的最大负载量为 31.2%；                     溶液中，即得海藻酸铁凝胶，静置 24 h 后，用蒸馏
            ZHANG 等   [18] 使用锯屑制备的 ZVIBC 中 Fe 的负载量             水洗涤 6~8 次，置于烘箱 80  ℃干燥 12 h，然后继
            为 29.6%，提高铁源的还原率是当前的研究难点。                          续在 100  ℃干燥 4 h。将烘干后的海藻酸铁凝胶加
            海藻酸钠（SA）是从褐藻或海带中提取的天然多糖，                           入坩埚，放入管式炉石英炉管中，放入炉塞，安装
                                                   3+
                                   2+
            SA 很容易与二价（如 Ca ）或三价（如 Fe ）离子                       好炉管封口。使用油泵抽真空 15 min，以 200 mL/min
                                                   3+
            交联形成水凝胶        [19] 。本研究拟将 SA 与 Fe 交联形             的流速通高纯 N 2 20 min 后，在 100 mL/min N 2 下分
                    3+
                                               3+
            成 SA-Fe 凝胶，使用热解法将 SA-Fe 凝胶固定的                      别以 5、10  ℃/min 的加热速度升温至 200、900  ℃，
              3+
            Fe 原位还原制备了球形 ZVIBC 复合材料，球形                         在 900  ℃恒温热解 3 h 后以 10  ℃/min 的降温速度
                                                               冷却到 200  ℃，随后自然冷却至室温             [21] ，将制备好
            Fe/C 材料对内部的 Fe 具有较好的保护作用，能够
                                                               的 ZVIBC 装袋保存。
            提高 Fe 的抗氧化能力；此外，多孔结构可增强
                                                               1.4   pH 对 ZVIBC 吸附 Cd(Ⅱ)的影响
            ZVIBC 吸附 Cd(Ⅱ)的性能。
                                             2+
                       0
                 由于 Fe 的标准电极电势(Fe/Fe =  −0.44 V)和                  称取一定量无水 CdCl 2 加入烧杯中，添加水配
                                       2+
            Cd(Ⅱ)的标准电极电势(Cd/Cd =  −0.4 V)很接近，                  制 5 份质量浓度为 50 mg/L 的 Cd(Ⅱ)溶液，调节溶
              0
            Fe 很难与 Cd(Ⅱ)发生氧化还原反应或电子转移                  [20] ，  液的 pH 分别为 2、3、4、5、6。取 15 个 100 mL
                                                               磨口锥形瓶，分别取不同 pH 的 100 mL Cd(Ⅱ)溶液
            nZVI 主要通过自身腐蚀生成铁氧化物吸附 Cd(Ⅱ)，
                                    0
            这在很大程度上限制了 Fe 对 Cd(Ⅱ)的去除能力。                        加入到锥形瓶中，每个 pH 做 3 组平行实验，各加
                                                               入 0.05 g ZVIBC，将锥形瓶放入恒温摇床在 25  ℃
                           0
            研究显示，C-Fe 可以形成微电解系统，C 可以促进                         振荡 24 h，吸附完成后用原子吸收分光光度计测试
                                        [7]
              0
                        2+
                                   0
            Fe 氧化成 Fe ，加速 Fe 腐蚀 。Fe/C 复合材料吸
                                                                                     [2]
                                                               Cd(Ⅱ)浓度以及溶液的 pH 。每个 pH 点平行实验 3 次。
            附 Cd(Ⅱ)的机理报道较少，本研究考察了 ZVIBC 对
                                                               1.5   动力学吸附实验
            Cd(Ⅱ)的吸附性能，采用 XRD、XPS、FTIR、EDS
                                                                   在 25  ℃进行 ZVIBC 吸附 Cd(Ⅱ)的动力学实
            等表征方法分析了 ZVIBC 对 Cd(Ⅱ)的吸附机理，研
                                                               验。配制 pH=4、质量浓度 50 mg/L 的 Cd(Ⅱ)溶液。
            究了背景离子对 ZVIBC 吸附 Cd(Ⅱ)的影响以及
                                                               取 27 个 100 mL 磨口锥形瓶，分别加入 100 mL CdCl 2
            ZVIBC 的抗氧化和循环利用能力，对应用 nZVI 吸
                                                               溶液，各加入 0.05 g ZVIBC，将锥形瓶置于恒温摇
            附氧化性较弱的重金属离子有重要参考价值。
                                                               床在 25  ℃振荡，定时（1~24 h）取 1 mL Cd(Ⅱ)溶
                                                                                                     [1]
            1   实验部分                                           液，稀释后测试溶液中 Cd(Ⅱ)的质量浓度 。每个
                                                               取样点平行实验 3 次。
            1.1   试剂                                               用吸附量 q t  （mg/g）衡量 t 时刻 ZVIBC 对 Cd(Ⅱ)
                 SA、FeCl 3 •6H 2 O、HNO 3 ，分析纯，上海阿拉             的吸附效果，计算公式如下：
   55   56   57   58   59   60   61   62   63   64   65