沙柳木粉基高效吸附材料对煤矿废水中Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)作用特性及机理
周刚1
栾国梁1
李帅龙2
陈冠双1
吕颖慧1
孙慧赟1
1.山东科技大学安全与环境工程学院,山东青岛 266590;山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地,山东青岛 2665902.山东科技大学安全与环境工程学院,山东青岛 266590;山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地,山东青岛 266590;阿尔伯塔大学土木与环境工程系,阿尔伯塔埃德蒙顿T6G2R3
摘要：针对煤矿酸性废水中含有较高质量浓度铁离子和锰离子的问题,以沙柳木粉为主要原料,遵循农林废弃物提取再利用原则,经过NaOH、Na2SO3等溶液处理后获得脱木素木粉(DWF),通过微波辅助-原位合成的手段,制备了 一种针对煤矿废水中Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的吸附剂(AA-DWF-PAM).借助扫描电子显微镜(SEM)、N2吸附-脱附、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和红外热重联用(TG-FTIR)对产物的微观结构、反应机理、热稳定性进行了分析,探讨了 AA-DWF-PAM的最佳吸附条件、吸附动力学、吸附等温线,研究了 AA-DWF-PAM对Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的吸附特性和吸附机理.表征实验结果表明:AA-DWF-PAM整体存在较多孔洞并呈现网状结构,且比表面积(BET)为150.83 m2/g,说明改性后的吸附剂具有较大的比表面积,能够为Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)吸附提供较多位点和空间;此外,AA-DWF-PAM热解气态产物主要有H2O、CO2以及少量CO,裂解温度较高,其结构稳定性较强.吸附特性实验研究表明:AA-DWF-PAM用量为4g/L、溶液pH=4、吸附时间达到200 min,以及Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)初始质量浓度为100 mg/L和80 mg/L时,为AA-DWF-PAM的最佳吸附条件;经过计算得知,AA-DWF-PAM更接近于伪二级动力学假设,吸附主要控制过程为化学过程,且吸附过程更符合Langmuir方程的单层分子吸附,Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的理论最大吸附量分别为192.29 mg/g和123.65 mg/g;通过Materials Studio对吸附过程进行分子模拟和量子化学计算得知,吸附过程中—NH2、—COOH以及—OH官能团起到静电吸附作用.因此,合理利用农林废弃物,为煤矿酸性废水治理提供了新途径,开发的AA-DWF-PAM吸附剂,能够有效处理煤矿酸性废水中的铁锰离子.
关键词：废弃物沙柳木粉酸性废水吸附剂分子动力学
分类号：X751(矿业、冶金工业污染、废物处理与综合利用)
资助基金：国家自然科学基金(52274215)山东科技大学杰出青年人才资助项目(SKR22-5-01)教育部国家留学基金(202108370223)
论文发表日期：2024-03-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：13( 1570-1582 )
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