合成錳氧化物對(duì)水中鎳的吸附效能研究.pdf

1、重金屬元素鎳是一種致癌物質(zhì)，含鎳的廢液直接排入水體后，不僅會(huì)威脅水生生物的生存，而且可能通過吸附、沉淀和食物鏈而不斷的富集，破壞生態(tài)環(huán)境，危害人體的健康。目前處理水溶液中重金屬元素的方法主要有吸附法、沉淀法、離子交換法、膜分離技術(shù)、生物方法等。由于吸附法具有較廣的適用濃度、操作簡(jiǎn)單、易于規(guī)?；葍?yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是去除水中重金屬離子較有效的方法。鐵、鋁、錳等金屬氧化物及氫氧化物具有良好的多孔結(jié)構(gòu)、比表面積大、負(fù)電荷量高等特點(diǎn)，對(duì)水中重金屬、有

2、機(jī)物等污染物具有較強(qiáng)的吸附作用，利用金屬氧化物作為吸附劑去除水中的污染物也引起人們的研究興趣。
　　本實(shí)驗(yàn)選擇使用錳氧化物作為吸附材料，實(shí)驗(yàn)中制備了四種不同的錳氧化物，并根據(jù)其對(duì)鎳的吸附效能進(jìn)行篩選，對(duì)篩選后的錳氧化物通過X射線衍射（XRD）和紅外光譜（FTIR）進(jìn)行物相分析和表面官能團(tuán)分析，同時(shí)測(cè)定其電荷零點(diǎn)（PZC）。在靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)中，通過控制單因素條件，分析研究影響錳氧化物對(duì)鎳吸附作用的主要因素，包括錳氧化物的投加量、pH值

3、、鹽濃度、溫度和初始鎳濃度、吸附的時(shí)間等。同時(shí)，通過吸附熱力學(xué)和吸附動(dòng)力學(xué)對(duì)吸附反應(yīng)過程進(jìn)行分析。得出結(jié)論如下：
　　本文中通過人工合成的方法制備了α-MnO2、β-MnO2、γ-MnO2、δ-MnO2四種不同的錳氧化物，通過吸附試驗(yàn)篩選，確定使用α-MnO2、δ-MnO2作為本實(shí)驗(yàn)的吸附劑。α-MnO2和δ-MnO2兩種錳氧化物在洗滌干燥后均呈黑色固體顆粒，表面帶有金屬光澤，研磨過篩后呈棕黑色粉末。X射線衍射（XRD）檢測(cè)表明兩

4、種錳氧化物結(jié)晶性較差，呈非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。紅外光譜（FTIR）檢測(cè)顯示兩種錳氧化物均出現(xiàn)了M―O鍵、M―OH表面羥基和結(jié)合水的特征吸收峰。參照 Murray的堿式滴定法測(cè)定α-MnO2和δ-MnO2的電荷零點(diǎn)（PZC）分別為1.22、1.46。
　　α-MnO2和δ-MnO2兩種錳氧化物的投加量在10mmol以上時(shí)，對(duì)濃度為2mmol/L的100mL含鎳溶液吸附率均接近100％。pH值對(duì)錳氧化物吸附率的影響較大，隨著反應(yīng)體系pH值（范圍

5、：2~8）的升高，α-MnO2和δ-MnO2對(duì)水中鎳的吸附率分別由20.8%和8.3%提高到62.6%和45.9%。鹽濃度試驗(yàn)中，溶液中共存鈉離子會(huì)影響吸附作用，當(dāng)其濃度由1mmol/L增加到50mmol/L，α-MnO2和δ-MnO2對(duì)水中鎳的吸附率分別由49%和31.4%降低到41.6%和24.6%左右，表明對(duì)鎳的吸附是專性吸附和非專性吸附共同作用。在初始鎳濃度較高的條件下，錳氧化物吸附率降低，單位吸附量明顯提高，同時(shí)由于錳氧化物的

6、吸附趨于飽和，此時(shí)吸附作用受溫度的影響相對(duì)較小。在初始鎳濃度較低的條件下，可以有效提高吸附效率，但單位吸附量降低，并未達(dá)到吸附飽和狀態(tài)，此時(shí)溫度的提高有利于錳氧化物對(duì)低濃度鎳的吸附。α-MnO2和δ-MnO2兩種錳氧化物對(duì)水中鎳的吸附作用主要發(fā)生在0~30min時(shí)間段內(nèi)，屬于快速吸附階段，吸附速率較大；在30~150min時(shí)間段內(nèi)吸附速率放緩，屬于慢速吸附階段，吸附速率較?。辉?50min后，吸附作用逐漸停止，基本達(dá)到吸附平衡狀態(tài)。

7、r>　　吸附熱力學(xué)分析中，通過比較三種擬合的線性吸附等溫式可知，與Langmuir吸附等溫式更好的擬合，擬合的相關(guān)系數(shù)R值均大于0.996。計(jì)算得到的qm可知α-MnO2對(duì)鎳的飽和吸附量大于δ-MnO2，吸附能力相對(duì)較強(qiáng)。吸附動(dòng)力學(xué)分析中，α-MnO2和δ-MnO2兩種錳氧化物對(duì)鎳的吸附過程更符合Lagergren準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，擬合的相關(guān)系數(shù)R均大于0.999。計(jì)算得到的吸附容量qe分別為28.77mg/g和18.93mg/g，與實(shí)