Page 197 - 《精细化工》2023年第12期

第 40 卷第 12 期 精 细 化 工 Vol.40, No.12
2 023 年 12 月 FINE CHEMICALS Dec. 2023

水处理技术与环境保护
铜渣铁基类沸石地质聚合物吸附

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Pb 、Cu 、Zn 性能及机理

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陆 艳，罗中秋 ，周新涛，赵晓腾，兰 雄
（昆明理工大学 化学工程学院，云南 昆明 650500）

摘要：以铜渣为原料，在 NaOH 和工业水玻璃活化条件下制备了铜渣铁基类沸石地质聚合物（F 3 O 4 @GM），并
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将其用于 3 种重金属离子 Pb 、Cu 、Zn 的吸附。考察了溶液 pH、吸附剂投加量和初始质量浓度对 Pb 、Cu 、
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Zn 吸附性能的影响；分析了吸附动力学、吸附等温线和热力学；采用 XRD、FTIR、SEM、BET、XPS 对 F 3 O 4 @GM
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的吸附机理进行了探讨。结果表明，F 3 O 4 @GM 对 Pb 、Cu 、Zn 的吸附符合 Langmuir 模型，最大理论吸附
容量分别为 555、489、125 mg/g；吸附过程符合拟二级动力学模型。F 3 O 4 @GM 大的比表面积提高了材料的吸
附性能，吸附机理主要为离子交换、静电吸引、表面络合和孔隙沉积作用。F 3 O 4 @GM 为重金属污染处理提供
了一种价格低廉、制备方便的选择，同时实现了铜渣资源化和无害化处理，具有良好的经济效益和环境效应。
关键词：铜渣；类沸石；地质聚合物；吸附；重金属；水处理技术
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2023) 12-2739-13
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Adsorption properties and mechanism of Pb , Cu and Zn by
iron base zeolite-like geopolymer derived from copper slag
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LU Yan, LUO Zhongqiu , ZHOU Xintao, ZHAO Xiaoteng, LAN Xiong
（Faculty of Chemical Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650500, Yunnan, China）

Abstract: Copper slag-based magnetic zeolite-like geopolymer (F 3O 4@GM) was prepared using copper
slag as raw material, NaOH and industrial sodium silicate as alkaline activator, and then used for the
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removal of heavy metal ions Pb , Cu and Zn . The effects of initial pH of solution, dosage and initial
mass concentration of adsorbent on the adsorption performance were investigated, followed by analysis on
the adsorption kinetics, adsorption isotherm and thermodynamics. Moreover, the adsorption mechanism was
explored by XRD, FTIR, SEM, BET and XPS. The results showed that the adsorption behavior of F 3 O 4@GM
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for Pb , Cu , Zn followed the Langmuir model with the corresponding maximum theoretical adsorption
capacities of 555, 489 and 125 mg/g, respectively, while the adsorption process fitted the pseudo-second-order
kinetic model. The excellent adsorption performance of F 3 O 4@GM was attributed to its large specific surface
area. The adsorption mechanisms were associated with ion exchange, electrostatic attraction, surface
complexation and pore sedimentation. F 3O 4@GM can be used as an eco-friendly, desirable and economic
adsorbent in the treatment of heavy metal polluted water, providing a cheap and convenient choice for the
treatment of heavy metals pollution while realizing the recycling and harmless treatment of copper slag.
Key words: copper slag; zeolite-like; geopolymer; adsorption; heavy metals; water treatment technology

随着社会工业化进程快速发展，环境污染问题 康造成了危害 [1-4] 。在金属冶炼、矿物开发、金属加
特别是水污染问题日益严重，对生态环境和人类健 工等生产过程中会产生大量重金属污染废水，其中，

收稿日期：2023-02-16; 定用日期：2023-05-16; DOI: 10.13550/j.jxhg.20230104
基金项目：国家自然科学基金地区基金项目（21866018）；“云南省兴滇英才支持计划”青年人才项目（YNWR-QNBJ-2018-388、
YNWR-QNBJ- 2020-063）
作者简介：陆 艳（1998—），女，硕士生，E-mail：18468071838@163.com。联系人：罗中秋（1987—），女，博士，副教授，E-mail：
luozhongq@126.com。