活性炭/铁氧化物复合材料的制备及其吸附性能研究

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活性炭被广泛应用于水处理领域中,然而吸附后难以分离和再生的缺点相对限制了其应用。本文采用化学共沉淀法将铁氧化物和活性炭进行复合,制备出了同时具有磁分离性能和较强吸附性能的活性炭/铁氧化物复合材料,采用正交试验法优化了该磁性复合材料的制备条件。运用SEM、XRD、BET、VSM、FT-IR等多种表征手段对制备的磁性复合材料进行了表征,研究了活性炭/铁氧化物作为磁性吸附剂对偶氮染料甲基橙和酸性橙Ⅱ的吸附性能。结果表明,制备的磁性复合材料粒径大小为11.65nm,BET比表面积为666.72m2/g,微孔含量较多,同时也有一定量的中孔和少量的大孔,孔隙结构发达,微孔平均孔径为0.819nm,孔容为0.215cm3/g,中孔平均孔径为3.16nm,孔容为0.5282cm3/g。常温下测定的饱和磁化强度为22.34emug-1,矫顽力和剩磁很小,铁氧化物的粒径较小,且其可相对均匀的负载在活性炭的内外表面,制备的复合材料的磁性质足以使其在外加磁场的条件下和吸附体系分离,分离速度很快(3min后基本沉降),沉降效果好。磁稳定性能较好,采用磁铁进行简单分离回收,回收率可达91%。活性炭/铁氧化物复合材料用于吸附处理甲基橙(MO)和酸性橙Ⅱ(AO7),结果发现其对初始浓度为200mg/L的MO和AO7,吸附效率分别可达99.1%和96.7%。在pH为3~11的范围内,染料分子均能被高效吸附,制备的吸附剂具有较为广泛的pH适应性。铁氧化物的存在对活性炭的吸附性能影响很小,Langmuir和Freundlich模型均可较好的描述MO和AO7在活性炭/铁氧化物上的吸附行为。活性炭/铁氧化物对MO和AO7的吸附过程是自发进行的放热反应,升高温度不利于吸附的进行。采用准一级、准二级和Elovich模型对MO和AO7的吸附过程进行了模拟,结果发现,本研究制得活性炭/铁氧化物复合吸附剂对MO和AO7的吸附动力学规律符合准二级动力学模型,吸附过程主要由内扩散步骤控制。用氢氧化钠溶液可有效地对吸附饱和的活性炭/铁氧化物进行再生。本文制备的活性炭/铁氧化物复合材料吸附性能和磁性能较强,并具有良好的循环使用性能。这些都充分地体现了磁性能改性活性炭的优势,这预示了该磁性复合吸附材料在染料废水处理方面具有潜在的应用价值。
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