摘要
络合重金属的生物毒性、环境持久性使其易通过食物链传递对人体产生不可逆的健康危害，因此研发可实现其有效去除的低能耗工艺和技术已迫在眉睫。吸附法因操作简单、低能耗、经济可行性高等优势成为众多络合重金属去除技术中的首选。铁基材料因其优良的电子传导能力、环境友好性及超顺磁性利于回收等特点常被用于吸附去除污染基质中重金属离子，但用于络合重金属去除的相关研究较少且大多研究结果难以满足实际应用需要。鉴于此，本研究以实际废水为去除对象，通过制备具有化学吸附性能的铁基材料，研究其对实际废水中络合重金属的去除能力和反应机理，主要结论如下： （1）采用水热法制备了超顺磁性Fe3O4材料，颗粒粒径在80~480nm之间，比表面积107.92m2/g，孔径在2~50nm范围内。在pH为中性的鸡粪发酵沼液中，投加1g/LFe3O4可实现对DOM-Cu94.3%的高去除率且出水Cu浓度低于国家废水排放标准。 （2）揭示Fe3O4去除鸡粪发酵沼液中DOM-Cu机制：Fe3O4材料对DOM-Cu的吸附为表面活性位点分布均匀的单分子层化学吸附，吸附模型估算材料最大吸附量为55.7mg/g。反应前后材料的XRD、FTIR、XPS、SEM等特征变化说明Fe3O4材料对中心重金属Cu和有机配体DOM均有吸附作用，将DOM-Cu以“Fe3O4-DOM-Cu”结构和“Fe3O4-Cu-DOM”结构锚定在材料表面，Cu以CuFeO2化合物形式稳定存在。 （3）柱状模拟反应显示实际沼液处理后出水Cu浓度稳定在0.03mg/L且通过磁性回收的材料循环使用4次及以上，出水Cu浓度低于国家废水排放标准。 （4）采用热解法和共沉淀法制备了超顺磁性BC@Fe3O4@n-ZVI复合材料，表面负载颗粒粒径在20~80nm间，比表面积41.9m2/g，孔径在2~50nm范围内，且表面有丰富含氧官能团。在pH=3、50mg/L络合Cr浓度的电镀废水中投加5g/LBC@Fe3O4@n-ZVI(1∶3∶3)复合材料时可获得99.79%的络合Cr高去除率，且出水Cr浓度低于国家废水排放标准。 （5）阐明BC@Fe3O4@n-ZVI复合材料去除电镀废水中络合Cr机制：BC@Fe3O4@n-ZVI对络合Cr的吸附为复合材料表面活性位点不均匀分布的多分子层化学吸附，模型估算材料的最大吸附量为30.86mg/g。材料理化性质表征结果说明复合材料中的Fe3+将原有络合重金属中的Cr取代，原配体固定在材料表面，游离态Cr被BC裸露出的官能团及表面微孔结构吸附，Cr(Ⅵ)在材料与电镀废水界面处和Fe0发生电子转移被还原为Cr(Ⅲ)，Cr最终以FeCr2O4形式截留在材料表面，Fe0被氧化为Fe3+，补充因离子取代消耗的Fe3+。 （6）柱状模拟反应去除电镀废水中发现，经材料处理后的废水Cr浓度稳定在0.02mg/L左右，反应后的材料可经外加磁场回收再利用，通过3MNa2CO3溶液洗脱后循环使用3次。
NETL