摘要
随着社会快速的工业化和城市化，由于重金属污染物的排放，水污染已经成为亟待解决的问题。为了解决这个问题，已经开发了多种重金属去除技术。吸附法因为高效且经济而被认为是水溶液中重金属去除最有前景的方法。许多吸附材料被开发并应用于处理重金属污染水体，然而，这些材料尚存在吸附能力不高、机械稳定性差等不足。因此，开发具有优异吸附性能、良好稳定性和可重复使用性的吸附材料是一项有重要意义的任务。 本研究的目标是开发一种新型吸附材料，并将其用于水中重金属离子的去除，具体的研究内容如下: 以七水合硫酸亚铁和高锰酸钾分别为铁源和锰源，沸石分子筛为载体，聚乙烯吡咯烷酮为交联剂和表面活性剂，通过共沉淀法在60℃水溶液中合成铁锰氧化物/沸石复合材料。利用多种表征方法，例如X射线衍射、红外光谱、扫描电镜及Mapping、全自动微孔分析、热重分析、Zeta电位分析来研究复合材料的理化性质，证实其成功合成。结果表明，铁锰氧化物/沸石复合材料具有丰富的孔隙结构、含氧官能团和负电荷，这为水溶液中的重金属离子提供了吸附位点。 以铁锰氧化物/沸石复合材料为吸附剂去除水溶液中的铜离子，探究铁锰摩尔比、投加量、吸附时间、初始铜离子浓度和溶液pH对吸附过程的影响，分析吸附后铁和锰的溶出情况。结果表明，铁锰摩尔比为3∶1时，复合材料对铜离子的吸附性能较好;投加量增大，复合材料对铜离子的去除效率提高，吸附容量降低;0～30min阶段，吸附速率最大，120min左右吸附可达到平衡状态;初始铜离子浓度增大，复合材料对铜离子的吸附容量上升，但去除效率会下降;随着溶液pH的增大，复合材料对铜离子的吸附容量和去除效率均提高;当pH=6时，铁和锰浸出浓度均低于0.1mg/L。根据吸附等温线和动力学分析，铁锰氧化物/沸石复合材料对铜离子的吸附过程为单层化学吸附。根据复合材料的理化特性并通过吸附前后复合材料的红外光谱和X射线光电子能谱分析，吸附机制主要包括表面沉淀、静电吸引、络合反应和物理吸附。 以铁锰氧化物/沸石复合材料为吸附剂，对吸附除铅的影响因素进行研究。结果表明，复合材料的铁锰摩尔比为3∶1时，铅离子吸附性能较好;当吸附时间为30min时，复合材料对铅离子的吸附容量为280.27mg/g，达到平衡吸附容量的90％;初始铅离子浓度上升，复合材料对铅离子的吸附容量大幅提高，但是去除效率会下降。经过5次吸附-解吸循环后，复合材料对铅离子的吸附容量有所降低，但仍然可以达到初始吸附量的92.2％,说明该复合材料具有良好的再生性和可重复使用性。根据吸附等温线和动力学分析，复合材料对铅离子的吸附过程趋向于均匀表面的单层吸附并且吸附过程主要由化学相互作用控制。根据吸附前后复合材料的X射线粉末衍射、红外光谱和X射线光电子能谱分析并结合其物理化学性质，可以推断，羟基配位络合、物理吸附、沉淀和静电吸引是铁锰氧化物/沸石复合材料对水溶液中铅离子的吸附机理。
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