绿色Fe@PAN冻凝胶复合材料去除水中Cr（VI）的性能研究

作     者：杨开妮 王向宇 吴昆红 宁平 

作者机构：昆明理工大学环境科学与工程学院 

出 版 物：《环境科学学报》 (Acta Scientiae Circumstantiae)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：国家自然科学基金(No.51968031) 

主　　题：冷冻凝胶膜 聚丙烯腈 纳米零价铁 酸性含Cr废水 去除机制 

摘      要：纳米零价铁（NZVI）颗粒易于团聚和氧化，导致其活性降低.以绿色多相冰晶致孔的冷冻凝胶法构建聚丙烯腈（PAN）冻凝胶膜稳定负载NZVI，制备了高效Fe0@PAN复合材料.通过在酸性含Cr废水中的去除实验，考察了复合材料的最佳合成条件及反应活性.同时，利用SEM、XRD和XPS分析了复合材料的表面形貌、化学组成及晶体结构以及Cr（VI）在反应介质中的分布情况.此外，还进行了反应动力学分析和Cr（VI）去除机理研究.结果表明，PAN冻凝胶膜具有3D大孔网状结构，NZVI负载量为24.0 mg·g-1.综合考虑时间和经济成本，当FeSO4浓度为0.3 mol·L-1，负载时间为3 h,Fe0@PAN投加剂量为0.132 g时，Fe0@PAN复合材料活性最佳且NZVI利用率较高.与未改性的NZVI相比，复合材料对Cr（VI）的去除效率提高了68.2%，吸附量达到15.35 mg·g-1.准一级动力学、XPS和Visual MINTEQ拟合结果揭示，Fe0@PAN去除Cr（VI）的机理主要包括酸性反应介质促进静电吸引，随后活性组分NZVI和Fe2+与HCrO4-发生氧化还原反应，最终产物吸附在Fe0@PAN复合材料表面形成共沉淀.综上所述，冷冻凝胶法有望为NZVI构建绿色新型载体，促进纳米材料在酸性废水处理领域的应用.