FeS@Fe生物炭復合材料的制備及其去除Cr6+性能研究

[9]。這一研究結果為生物炭的改性提供了理論依據。在設計和制備FeS@Fe/BC吸附劑時，需要考慮到Fe含量對吸附性能的影響。適當的Na2S/FeCl3摩爾比可以提高對Cr6+的吸附效果。3.3不同初始pH對Cr6+吸附量的影響圖4不同初始pH對Cr6+吸附量的影響圖4顯示了，在不同的pH值下，FeS@Fe/BC-1對Cr6+在溶液中的吸附量。吸附劑表面的官能團特性及其形態(tài)可能因pH值的變化而改變，探究pH值對吸附效率的影響顯得尤其關鍵。從圖2中觀察到，FeS@Fe/BC-1對Cr6+的吸附容量達到最大值時pH值為2。隨著溶液pH值的升高，從2增至5，FeS@Fe/BC-1對Cr6+的吸附量顯著降低，從324.74mgg-1減少至42.94mgg-1，這一現象的原因可能是酸性條件有利于FeS分解，形成的Fe2+、S2-可以還原Cr6+，從而增加了Cr6+吸附量。當溶液pH值位于5至7的范圍內時，FeS@Fe/BC-1對Cr6+的去除效率維持在一個較低的水平。這些數據充分表明，在溶液pH=2時，FeS@Fe/BC-1具有卓越的Cr6+吸附性能，比較適合用于處理含有Cr6+的廢水。3.4背景離子的影響實驗15mg的初始投放量FeS@Fe/BC-1，pH為2的條件下分別加入50mmol/LNa2SO4，NaNO3，NaCO3，NaCl，Cr6+吸附量如圖5所示：圖5背景離子對FeS@Fe/BC-1吸附Cr6+的影響通過在吸附實驗中加入不同的外源陰離子，研究了共存離子強度對反應體系的影響。Cl-對FeS@Fe/BC-1對Cr6+的吸附影響較小，僅使吸附量略有下降，這是因為Cl-不會影響Cr6+的還原反應，會占據FeS@Fe/BC-1的部分活性位點。添加NO3?后，吸附量的下降程度介于Cl-和SO42?之間，原因是NO3?會與FeS反應，使得其于參與Cr6+還原反應的量減少，但其對Cr6+吸附能力的影響并不如SO42?那么顯著。SO42?離子的存在Cr6+的吸附量產生了顯著的下降效果，這可能是因為SO42?擁有更高的負電荷密度和較小的水合半徑，使其更傾向于與FeS@Fe/BC-1的表面活性位點形成較強的靜電吸引，產生吸附位點競爭的情況。CO32-的加入導致吸附量的下降，可能與CO32-引起的pH上升有關。因為在pH2時，FeS@Fe/BC-1對Cr6+的吸附性能最好。結果表明，在Cl?、SO42?和NO3?離子存在的情況下，對于FeS@Fe/BC-1去除Cr6+效果影響較小。3.5循環(huán)實驗回收效率是吸附劑經濟性評價的重要指標。因此，評估了FeS@Fe/BC-1的吸附量。FeS@Fe/BC-1對Cr6+的吸附能力在前5個循環(huán)中略有變化，如圖6所示。吸附效率大大下降。在第5個循環(huán)中，吸附量降至42.74mgg-1。這可能是由于FeS和Fe的消耗，可能會影響下一個吸附循環(huán)，從而導致吸附容量的降低。人們可能會認為這種吸附劑不能再循環(huán)用于Cr6+，因為在第一個循環(huán)后，吸附容量大幅度下降。然而，從第2次循環(huán)到第5次循環(huán)，吸附量下降緩慢。圖6FeS@Fe/BC-1的循環(huán)實驗3.6動力學實驗由實驗數據可知，FeS@Fe/BC-1的吸附量在前5h內迅速增加，在5~24h內緩慢增加，當吸附時間達到24h后趨于穩(wěn)定。一開始，吸附速率的快速增加可能是由于FeS@Fe/BC-1中FeS與Cr6+反應迅速，接著由于FeS@Fe/BC-1表面還存在許多吸附位點，所以5h后吸附速率仍在增加，不過速度變慢，隨著大部分的活性位點都被占滿，吸附速度減慢，最后趨于平衡。為了研究接觸時間對吸附量的影響，擬合了擬一階(式(1))和擬二階(式(2))動力學模型：q=式中：qt為t時刻吸附量，mg/g；qe為平衡時吸附量，mg/g；k1為一階速率常數，min–1；k2為二階速率常數，g/(mg·min)；t為時間，min。實驗數據擬合如下圖7和表1。與擬一級動力學模型相比，擬二級動力學模型的擬合系數R2更接近于1，理論平衡吸附量接近實測值。因此，擬二級動力學模型更適合描述吸附機理，吸附過程以化學吸附為主。圖7FeS@Fe/BC-1對Cr6+吸附的動力學實驗表1FeS@Fe/BC-1對Cr6+的吸附動力學擬合參數樣品Pseudo-first-ordermodelPseudo-second-ordermodelqe,calk1(10-3)R2qe,calk1(10-3)R2FeS@Fe/BC-1320.074.250.98356.630.020.993.7等溫熱力學吸附實驗對于Cr6+吸附量和Cr6+濃度關系的實驗數據采用Langmuir、Frenudlich模型進行擬合，擬合方程如下式：式中：qm為FeS@Fe/BC-1對Cr6+飽和吸附量，mg/g；ρe為平衡時吸附量，mg/g；KL為Langmuir表征吸附劑和吸附質之間親和力的參數，L/mg；KF為Freundlich吸附量的參數，(mg/g)(L/mg)1/n；n為表征吸附強度的Freundlich常數。等溫熱力學吸附擬合曲線如下：圖8FeS@Fe/BC-1對Cr6+吸附的等溫熱力學實驗表2FeS@Fe/BC-1對Cr6+吸附的等溫熱力學實驗樣品Langmuir模型Freundlich模型qm/(mg/g)KL/(L/mg)R2nKF/(mg/g)(L/mg)1/nR2FeS@Fe/BC-1390.503.590.4723.68309.570.91根據表2數據，FeS@Fe/BC-1對Cr6+吸附等溫特征采用Langmuir和Freundlich模型擬合，其吸附過程符合Freundlich模型，表明該吸附過程是不均勻的多層吸附，對比KF可知，Cr6+吸附能力參數1/n為0.04，其范圍在0-1之間，說明FeS@Fe/BC-1對Cr6+的吸附過程容易進行并且很可能涉及化學吸附機制。4結論（1）Na2S/FeCl3摩爾比為1:1時，可以優(yōu)化FeS@Fe/BC的結構和性能，提高對Cr6+的吸附效果。（2）本實驗測試了FeS@Fe/BC-1在初始pH分別為2，3，4，5，6，7時對Cr6+的吸附量，發(fā)現在pH2時，FeS@Fe/BC-1對Cr6+的吸附性能最好。（3）FeS@Fe/BC-1對Cr6+吸附過程符合Freundlich模型，表明該吸附過程是多層吸附。（4）FeS@Fe/BC-1對Cr6+的吸附機理更符合擬二級動力學模型，吸附過程以化學吸附為主。（5）在Cl?、CO32-和NO3?離子存在的情況下，對于FeS@Fe/BC-1去除Cr6+效果影響較小，吸附性能較好，SO42?存在的情況下，它占據更多的吸附位點，從而抑制了Cr6+的吸附。（6）循環(huán)實驗結果表明，從第2次循環(huán)到第5次循環(huán)，吸附量下降緩慢，仍能保持42.74mgg-1以上的吸附量。參考文獻王夢蛟,徐露.重金屬鉻(Cr)的污染及治理研究進展[J].環(huán)境保護前沿,2023,13(4):971-983胡濤.含鉻廢水的治理研究[J].污染防治技術,2005,(4):5-7.郭丹丹.生物炭和改性生物炭對重金屬Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的吸附性能研究[D].西安科技大學,2020.石云龍,宋小毛,于長江等.球形零價鐵生物炭吸附Cd(Ⅱ)的性能和機制[J].精細化工,2022,39(06):1125-1133.LIUCW,YEJ,LINY,etal.Removalofcadmium(Ⅱ)usingwaterhyacinth(Eichhorniacrassipes)biocharalginatebeadsinaqueoussolutions[J].EnvironmentalPollution,2020,264:114785.ZHUJD,ZHAOFX,PENGTP,etal.Highlyelasticandrobusthydroxyapatitenanowires/polyimidecompositeaerogelwithanisotropicstructureforthermalinsulation[J].CompositesPartB:Engineering,2021,223:109081.ZENGY,WALKERH,ZHUQZ.ReductionofnitratebynayzeolitesupportedFe,Cu/FeandMn/Fenanoparticles[J].JournalofHazardousMaterials,2017,324:605-616.[1]劉清,劉歡,招國棟,許藝文.硫化納米零價鐵在水環(huán)境修復中的研究進展[J].應用化工,2021,50(5):1330-13341340.李洞明.硫化納米零價鐵及其改性去除水中Cr（Ⅵ）的研究[D]