铁锰氧化物对水体中Cr（Ⅵ）和Cd（Ⅱ）的吸附研究

作     者：李江东 

作者单位：太原科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘宏芳

授予年度：2023年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0815[工学-水利工程] 

主      题：铁锰氧化物 Cr(Ⅵ) Cd(Ⅱ) 动力学 

摘      要：重金属污染特有的毒性、持久性和不可生物降解性,对生态环境和人类健康造成了严重的负面影响。在各类重金属污染中,铬和镉的迁移性较强,在水体和土壤中均有分布。在众多的重金属去除方法中,吸附法具有操作简便,处理效果佳的特点。而铁锰氧化物材料作为一种有效的吸收剂,因其具有制备简单、材料来源广泛、生态影响较低等优点受到广泛关注。故本实验采用共沉淀法制备铁锰氧化物吸附剂,并通过对Cr(Ⅵ)和Cd(Ⅱ)的批量吸附实验进行研究,使用TEM、XPS、XRD对铁锰氧化物材料进行表征,通过Langmuir、Freundich、D-R、Temkin四个等温吸附模型以及准一级、准二级、内扩散、Elovich四种动力学模型进行拟合,得出如下结论:(1)TEM表征得出,铁锰氧化物吸附剂呈现颗粒状散布,出现一定的团聚现象,吸附剂的元素组成主要包括Fe,Mn,O;XRD分析得出,吸附剂的结构结晶度低,为无定形态。(2)铁锰氧化物对Cr(Ⅵ)的吸附实验得出,pH值与材料吸附量呈负相关变化;等温吸附实验得出,铁锰氧化物对Cr(Ⅵ)的吸附过程与Langmuir吸附模型最接近,吸附过程中单分子层吸附占主导,其对Cr(Ⅵ)的最大吸附量为13.58 mg/g;动力学实验中,准二级动力学与实验结果拟合度最好,其反应速率常数k为7.57×10 g/(mg·min)。吸附以化学吸附为主。腐殖酸5 mg/g时显著影响Cr(Ⅵ)的吸附效果。(3)铁锰氧化物对Cd(Ⅱ)的吸附实验得出,pH值对Cd(Ⅱ)的吸附效果影响度不高;根据等温吸附实验,铁锰氧化物对Cd(Ⅱ)的吸附与Langmuir吸附模型更接近,吸附以单分子层吸附为主,其对Cd(Ⅱ)的最大吸附量为32.85 mg/g;动力学吸附实验表明,实验结果用准二级动力学拟合度更高,其反应速率常数k为9.4871×10 g/(mg·min)。吸附反应以化学吸附为主。(4)XPS表明,铁锰氧化物成功吸附了Cr(Ⅵ)和Cd(Ⅱ),对Cd(Ⅱ)的吸附主要依靠Cd-O键作用,而对于Cr(Ⅵ)的吸附主要依靠氧化还原作用和静电吸附;通过SPSS多元线性回归模型得出,该吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附量受溶液p H值影响最大,而对Cd(Ⅱ)的吸附量受吸附剂投加量影响最大。