论文部分内容阅读
作为高毒性的重金属离子,铅污染及其对环境和人体的危害引起了人们的高度关注。含铅废水的排放,是引起水体和土壤铅污染的重要途经,对生态环境和人类生命安全产生了严重的威胁。因此,对具有成本效益和环保的处理技术的研究,在处理铅离子污染的废水至关重要。吸附法具有成本低、去除效率高、操作简单等吸引人的优点,是目前治理重金属污染的最佳方法之一。而作为早期金属有机框架物（MOF）的原型——普鲁士蓝化合物（普鲁士蓝及其类似物,PB与PBA）,由于其开放式的框架和三维的大孔结构,极适合作为吸附剂,从水溶液中去除重金属铅Pb（Ⅱ）。本文通过液相沉淀法一步合成了铁-铁型的普鲁士蓝（Fe-Fe PB）和锰-铁型的类普鲁士蓝（Mn-Fe PBA）,称为KFFC和KMFC。对比研究了两种吸附剂对铅的吸附效果并择优进行了结构表征,从而进一步分析KMFC吸附Pb（Ⅱ）的机理。在常温条件下,用锰元素替代KFFC中的铁元素而合成的KMFC,对Pb（Ⅱ）的吸附容量是KFFC吸附Pb（Ⅱ）的四倍。结合扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、比表面积（BET）、X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、Zeta电位分析、傅立叶变换红外光谱仪器（FT-IR）等表征分析,对吸附剂KMFC的结构以及铅吸附的机理进行了研究讨论,主要结论如下:（1）利用三水合亚铁氰化钾（K4Fe（CN）6·3H2O）和硫酸亚铁（Fe SO4）经沉淀反应可以制得KFFC,于铅溶液浓度为400 mg/L、p H为5.0的室温条件下,KFFC对重金属铅离子的最大吸附量qm为245.31 mg/g,吸附平衡时间是180min。KFFC对Pb2+的吸附符合Langmuir等温吸附模型,铅离子在KFFC的表面属于单层吸附;同时还符合准二级动力学模型,表明了该吸附过程主要受化学吸附控制,热力学参数说明KFFC对Pb2+的吸附是吸热的自发反应。（2）利用三水合亚铁氰化钾（K4Fe（CN）6·3H2O）和四水合氯化锰（Mn Cl2·4H2O）经沉淀反应制得的KMFC,其整体表现为开放式大空隙的立方晶系结构,比表面积42.24 m2/g,表面呈负电性。于铅离子浓度为800 mg/L、p H为5.0的室温条件下KMFC对铅离子的最大吸附量达到了1075.27 mg/g。铅离子在KMFC上的吸附过程符合Langmuir等温吸附模型,为单分子层吸附;同时还符合准二级动力学模型,反应速率受化学吸附机理的控制,热力学数据分析说明KMFC对Pb2+的吸附是自发的吸热反应。KMFC吸附Pb（Ⅱ）的机理为:KMFC表面所带负电荷与正电荷的Pb2+首先发生静电吸附作用,而后Pb2+进入大空隙、立方晶格结构的KMFC内部与钾离子K+发生离子交换完成吸附过程。本论文的研究工作不仅为重金属吸附剂的设计和开发提供了新的视角,而且为深入了解类普鲁士蓝吸附重金属离子的机理提供了见解。