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工业生产的废水中重金属含量较高,直接排入到自然水体中会降低水体水质,带来一系列环境问题。在水溶液中,重金属主要以离子态存在,容易被水生生物通过食物摄取而进入生物体内,产生生态毒性效应,甚至威胁到人类健康。因此,去除废水中重金属是废水处理的重要环节。在重金属的处理方法中,吸附法由于操作简单、成本低廉、处理周期短等特点而被广泛采用。选择与合成合适的吸附材料对于重金属的去除至关重要。其中,水合铁氧化物由于合成方法简单、原料广泛、吸附效果较好等优点被广泛用来去除水中重金属,缺点在于不易实现分离回收。而磁性铁氧化物,如Fe3O4和Fe2O3,具有较好地重金属吸附效果的同时,也能在外加磁场条件下易于分离。因此,合成吸附效果好的磁性铁氧化物并运用于重金属的去除,具有重要意义。基于不同晶型的磁性铁氧化物具有不同的理化性质,从而对重金属的吸附效果各异,本文提出了一种新的磁性铁氧化物的合成方法,在不同温度下合成了三种不同晶型的磁性铁氧化物,并应用于废水中重金属的去除,主要研究成果如下:(1)制备了三种不同晶型的磁性铁氧化物。先通过溶胶-凝胶法合成水合铁氧化物,烘干,然后置于三种温度(200、350和500℃)下焙烧2 h,研磨后得到三种温度下的磁性铁氧化物。运用扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外变换光谱仪(FT-IR)等表征手段对材料的表面形态结构进行表征。结果表明,在焙烧过程中,十二烷基硫酸钠(SDS)经过焙烧之后被去除,纳米颗粒表面粗糙;由XRD图分析得到,随着温度的升高,铁氧化物由无定型(或非结晶)的Fe3O4转变为(α+γ)-Fe2O3,并最终形成高度结晶的α-Fe2O3;同时,材料的比表面积和孔隙容量随着焙烧温度的升高而减小;Fe3O4、(α+γ)-Fe2O3和α-Fe2O3的饱和磁化强度分别为69.80、60.10和49.80emu/g,等电点依次为4.0、6.5和7.0。(2)上述三种磁性铁氧化物对人工模拟的废水中Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的去除。将磁性铁氧化物作为吸附剂,考察了三种不同晶型的铁氧化物对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的等温吸附、吸附动力学、热力学等特征。实验结果表明,无定型的Fe3O4相较于(α+γ)-Fe2O3和α-Fe2O3对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)表现出更高的吸附容量,对Pb分别为22.83、19.52和15.51 mg/g,对Cd分别为7.40、3.50和2.79 mg/g。在吸附动力学和热力学分析中,Freundlich等温模型和拟二级动力学模型能较好地拟合吸附等温和吸附随时间变化过程,其拟合度R2均达到0.99以上,利用粒内扩散模型可将吸附过程分为三个阶段:快速吸附阶段、吸附减慢阶段和吸附平衡阶段。X射线光谱仪(XPS)表明了重金属的去除机理主要包括离子交换、重金属离子的水解和静电吸引作用。(3)材料的吸附-解吸再生循环实验。利用0.5 M Na OH溶液对吸附饱和后的磁性铁氧化物进行解吸,解吸时间为2 h,离子强度为0.01 M,温度为25±2℃。结果表明,经过5次吸附-解吸循环之后,三种磁性铁氧化物对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附效率仍保持在79%以上。