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环境污染日益严重,铬是污染水体中最常见的有毒重金属之一,针对以往使用粉末活性炭吸附处理工业含铬废水后难以分离回收的情况,本文以商业活性炭为原料,采用化学共沉法制备出磁性四氧化三铁/活性炭和磁性铁酸镍/活性炭,分别记为Fe3O4-AC和NiFe2O4-AC。 综合分析单因素实验和正交实验的结果,Fe3O4-AC的最佳制备条件为:磁性物质含量为30%,溶液pH=12、水浴温度为95℃、水浴时间为4h。在此条件下制得的Fe3O4-AC的碘吸附值为211.50mg/g,亚甲基蓝吸附值为134.41 mg/g。NiFe2O4-AC的最佳制备条件为:磁性物质含量为30%,溶液pH=10、煅烧温度为900℃、煅烧时间为100min。在此条件下制得的NiFe2O4-AC的碘吸附值为880.23mg/g,亚甲基蓝吸附值为175.62mg/g。 Fe3O4-AC饱和比表面积约为407 m2/g,NiFe2O4-AC的饱和比表面积约为366m2/g。X射线光电子能谱说明两种磁性活性炭上都成功负载了磁性物质,并都具有吸附Cr(VI)的能力;红外光谱说明本实验的两种磁性活性炭主要含有酚基、羧基、羟基、酚羟基、内脂基和胺基等化学基团,并含有铁氧体;XRD衍射研究得到两种磁性活性炭都存在石墨微晶结构,且都含有磁性物质微晶;VSM分析说明Fe3O4-AC和NiFe2O4-AC都是软磁体材料,比饱和磁化强度分别为11.07emu/g和23.94emu/g。 磁性活性炭对模拟含Cr(VI)废水的静态吸附实验结果表明:在温度T=25℃、pH=2、Cr(VI)初始浓度为100mg/L(原活性炭、Fe3O4-AC)或 Cr(VI)初始浓度为150mg/L(NiFe2O4-AC)、活性炭投加量为0.1g、吸附时间为12h时,Fe3O4-AC和NiFe2O4-AC吸附去除率分别达到88.79%和96.92%,吸附量分别达到45.26mg/g和72.62mg/g。磁性四氧化三铁/活性炭吸附性能稍差于原活性炭,磁性铁酸镍/活性炭吸附性能比原活性炭好。两种磁性活性炭吸附实验数据与准二级动力学模型拟合良好,相关系数 R2都达到了0.999以上,粒内扩散模型说明了吸附速率的控制不止是由内部颗粒扩散决定的。吸附实验数据与 Langmuir等温方程拟合良好,说明它们对溶液中 Cr(VI)的吸附都是单分子层吸附,热力学说明吸附过程是自发、吸热的,既有化学吸附,也有物理吸附,同时还发生络合作用,其吸附作用力主要有氢键力和偶极间作用力。 选择用Fe3O4-AC吸附Cr(VI)做为例子,采用BBD设计方法对实验做响应面优化,结果表明:当pH为2.09,温度为62.05℃,Cr(VI)初始浓度178.90mg/L,活性炭投加量0.14g/50mL,预测Fe3O4-AC吸附Cr(VI)去除率可达到84.63%。 综上所述,用化学共沉法制备出的 Fe3O4-AC和 NiFe2O4-AC,既具有一定的磁性,同时也具备良好的吸附性能,拓宽了活性炭的应用。