溶胶—凝胶法制备磁铅石Y型铁氧体及性能研究

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本文主要研究磁铅石Y型铁氧体的制备及其吸附性能,并尝试将多孔氧化锌包覆磁铅石Y型铁氧体,制备一种复合材料,以提高吸附性能。采用溶胶-凝胶法首次制备了未见文献报道的棒状和片状混合形貌的磁铅石Y型铁氧体Ba2Co2Fe12O22。采用X射线衍射分析(XRD),考察了溶液pH值、煅烧温度、煅烧时间、升温速率对铁氧体晶型的影响,确定了制备铁氧体的最佳工艺条件。采用扫描电镜分析(SEM)检测发现,在此条件下制备的磁铅石Y型铁氧体呈棒状和片状的混合形貌。将最佳工艺条件下制备的磁铅石Y型铁氧体进行两种不同类型的阳离子染料(亚甲基蓝)、阴离子染料(刚果红)吸附实验,讨论了吸附时间、体系pH值、吸附剂剂量、染料初始浓度对吸附效果的影响。主要结论如下:采用溶胶-凝胶法制备磁铅石Y型铁氧体Ba2Co2Fe12O22,最佳工艺条件为:(1)反应体系pH=7;(2)煅烧温度为1000℃;(3)煅烧时间为3 h;(4)升温速率为8℃/min。以亚甲基蓝(MB)模拟阳离子染料废水,吸附结果表明:在室温293 K、亚甲基蓝浓度10 mg/L、pH=8、吸附时间为21 h、吸附剂剂量为0.10 g条件下,磁铅石Y型铁氧体Ba2Co2Fe12O22对亚甲基蓝的吸附率为93.95%,平衡吸附量为9.395 mg/g,饱和吸附量为32.206 mg/g;等温吸附模型符合Langmuir等温吸附方程,吸附动力学模型符合准二级动力学方程;Ba2Co2Fe12O22可重复利用,4次吸附实验后,其去除率仍为90.14%,环保性能较好。以刚果红(CR)模拟阴离子染料废水,吸附结果表明:在室温293 K、刚果红浓度50 mg/L、pH=6、吸附时间为90 min、吸附剂剂量为0.15 g条件下,磁铅石Y型铁氧体Ba2Co2Fe12O22对刚果红的吸附率为88.61%,平衡吸附量为29.535 mg/g,饱和吸附量为194.932 mg/g;等温吸附模型符合Langmuir等温吸附方程,吸附动力学模型符合准二级动力学方程;Ba2Co2Fe12O22可以重复再利用,4次吸附实验后,其去除率为85.93%,环保性能较好。对比阳离子染料吸附实验,发现Ba2Co2Fe12O22对阴离子染料废水的吸附效果更好。采用水热法制备多孔ZnO和球状ZnO。吸附实验表明:在室温293 K、亚甲基蓝浓度10 mg/L、pH=12、吸附时间为24 h、吸附剂剂量为0.10 g条件下,多孔ZnO对亚甲基蓝的吸附效果比球状ZnO更好,吸附率为92.10%,平衡吸附量为9.210mg/g,饱和吸附量为27.263 mg/g;等温吸附模型符合Langmuir等温吸附方程,吸附动力学模型符合准二级动力学方程。本文首次尝试将多孔ZnO包覆磁铅石Y型铁氧体Ba2Co2Fe12O22,但未包覆完全,得到材料A。将材料A进行吸附实验,实验结果表明:在室温293 K、亚甲基蓝浓度10 mg/L、pH=10、吸附时间为21 h、吸附剂剂量为0.10 g条件下,材料A对亚甲基蓝的吸附率为97.71%,平衡吸附量为9.771 mg/g,饱和吸附量为30.874 mg/g;等温吸附模型符合Langmuir等温吸附方程,吸附动力学模型更符合准二级动力学方程。对比三种吸附剂材料,发现材料A对亚甲基蓝的吸附率有所提高,但吸附性能改善不太明显,其吸附性能更倾向于Ba2Co2Fe12O22
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