绿色Fe0@PAN冻凝胶复合材料去除水中Cr(VI)的性能研究

纳米零价铁(NZVI)颗粒易于团聚和氧化,导致其活性降低.以绿色多相冰晶致孔的冷冻凝胶法构建聚丙烯腈(PAN)冻凝胶膜稳定负载NZVI,制备了高效Fe0@PAN复合材料.通过在酸性含Cr废水中的去除实验,考察了复合材料的最佳合成条件及反应活性.同时,利用SEM、XRD和XPS分析了复合材料的表面形貌、化学组成及晶体结构以及Cr(VI)在反应介质中的分布情况.此外,还进行了反应动力学分析和Cr(VI)去除机理研究.结果表明,PAN冻凝胶膜具有3D大孔网状结构,NZVI负载量为24.0 mg·g^(-1).综合考虑时间和经济成本,当FeSO4浓度为0.3 mol·L^(-1),负载时间为3 h,Fe0@PAN投加剂量为0.132 g时,Fe0@PAN复合材料活性最佳且NZVI利用率较高.与未改性的NZVI相比,复合材料对Cr(VI)的去除效率提高了68.2%,吸附量达到15.35 mg·g^(-1).准一级动力学、XPS和Visual MINTEQ拟合结果揭示,Fe0@PAN去除Cr(VI)的机理主要包括酸性反应介质促进静电吸引,随后活性组分NZVI和Fe2+与HCrO4-发生氧化还原反应,最终产物吸附在Fe0@PAN复合材料表面形成共沉淀.综上所述,冷冻凝胶法有望为NZVI构建绿色新型载体,促进纳米材料在酸性废水处理领域的应用.