纳米磁性颗粒Fe_3O_4用于吸附水相中的酸性红73及其机理研究

【摘要】酸性红73染料废水的处理越来越受到人们关注,酸性红73是一种可持久性污染物,很难从环境体系中去除,而且如果处理不当可能会造成“二次污染”,给环境带来更严重的污染。对于染料废水,吸附法是一种快速有效地进行脱色的方法。而Fe3O4可作为一种磁性吸附剂,它不仅能实现快速吸附脱色的效果,而且也能快速地从染料废水中分离出来,从而回收吸附后的纳米磁粉Fe3O4,能够有效地使磁粉Fe3O4不会随着废水而流失,这是一种实用的、经济的水处理方法。在吸附过程中,磁粉Fe3O4与废液之间的吸附主要是外表面的直接接触的表面物理吸附,较少的吸附质分子需要向吸附剂内部扩散,因此,吸附质与吸附剂之间的吸附阻力较小,当吸附质与吸附剂相接触时,吸附剂就会迅速地将吸附质分子吸附在其表面,而磁粉Fe3O4在外加磁场的作用下被迅速分离。本实验中以酸洗废液制备的纳米磁粉Fe3O4作为吸附剂,并通过单因素实验和吸附动力学及热力学的分析探讨其对酸性红73的表面吸附的吸附机理。通过XRD对磁粉Fe3O4的表面进行测试,研究纳米磁粉Fe3O4在很短的时间内吸附处理含偶氮染料废水的原因和磁粉Fe3O4能够快速分离的可行性。实验所得的结论如下：(1).纳米磁粉Fe3O4在20min内对酸性红73的吸附达到平衡,初始浓度为125mg/L时,平衡吸附量为28.0mg/L,且随着水温的升高,纳米磁粉Fe304对酸性红73的吸附能力也逐渐降低,而溶液的pH在5-6之间时,纳米磁粉Fe304对酸性红73的吸附效果达到最佳。因此,在酸性红73溶液的吸附过程中,吸附时间、水温和水溶液pH都需要有一定的控制。(2).等温吸附实验结果显示,纳米磁粉Fe304对酸性红73的吸附行为符合Langmuir等温吸附规律。qm在温度为303K时能高达40.1mg/g,且在Freundlich方程中,n值均大于1,表明了磁粉对酸性红73的吸附属于优惠吸附。根据热力学数据分析,由于△G＜0,△H＜0和△S＜0,得出纳米磁粉Fe304对酸性红73的吸附是放热的、熵减的自发的吸附过程。(3).利用不同吸附动力学方程对酸性红73在纳米磁粉Fe304表面上的吸附过程进行拟合,结果显示该吸附过程符合拉格朗日假二级动力学方程,相关系数R2达到0.9998以上。由Arrhenius方程lnK=lnA-Ea/RT,计算得出反应活化能Eα为49.05kJ/mol。(4).通过磁粉吸附前后的XRD分析,得出磁粉与废液之间的吸附主要是外表面的直接接触的表面物理吸附,较少的吸附质分子需要向吸附剂内部扩散。因此,纳米磁粉Fe304能够在短时间内吸附处理含偶氮染料废水,使废水达到排放标准的目的。根据以上结论表明,纳米磁粉Fe304对酸性红73的吸附处理能够达到快速吸附脱色的效果,且纳米磁粉Fe304的作用下从废水中分离,从而实现在快速脱色和资源回收的双重目的。
【作者】邢增孟；
【导师】汤兵；
【作者基本信息】广东工业大学，环境科学与工程，2014，硕士
【关键词】纳米磁粉；酸性红73；吸附机理；

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