Fe_(3)O_(4)/SiO_(2)复合材料的制备及其对染料吸附性能研究

以离子液体OmimBF4为溶剂和结构导向剂合成了磁核Fe_(3)O_(4)纳米颗粒。利用离子液体中BF_(4)^(-)阴离子与Si-OH的氢键作用和离子间库伦力,通过溶胶凝胶技术,在Fe_(3)O_(4)表面有序复合了纳米SiO_(2),形成了多孔状的复合材料。分析了该材料的组成、结构、形貌、比表面积及对染料的吸附性能。结果表明所合成的材料是具有纳米尺寸的超顺磁性多孔复合材料。磁核Fe_(3)O_(4)表面包覆了无定形结构的SiO_(2),Fe、Si、O在整个纳米复合材料中均匀分布。该材料在水溶中对亚甲基蓝具有很强的吸附能力,重复使用四次后吸附效率可达81%。

超顺磁性纳米Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)功能化材料对镉的吸附机制

含镉废水的处理对于重金属镉的排放控制具有重要的意义.通过共沉淀法制备出了超顺磁性纳米Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)功能化材料(MFS),采用等温吸附实验和动力学实验方法研究了MFS对Cd^(2+)的吸附热力学和动力学特征,并借助BET、XRD和SEM等结构表征研究了MFS对Cd^(2+)吸附过程及机制.结果表明,MFS对Cd^(2+)有较好的吸附效果,Langmuir方程能极好地描述吸附等温特征,最大吸附容量值为69.49 mg·kg^(-1);吸附反应的自由能变ΔG、焓变ΔH和熵变ΔS表明MFS材料对Cd^(2+)的吸附是自发、吸热和熵增的过程;反应体系最佳初始pH为7;溶液中的Mg^(2+)、SO_(4)^(2-)、Ca^(2+)和NO_(3)^(-)这4种干扰离子对吸附反应存在一定的抑制作用;拟二级动力学模型表明MFS对Cd^(2+)的吸附过程分为快速的外扩散阶段与缓慢的内扩散阶段;MFS吸附Cd^(2+)后经洗脱再生,材料重复使用3次后对Cd^(2+)去除率仍达73%以上.BET、XRD、FTIR和VSM结构表征表明SiO_(2)成功修饰在Fe_(3)O_(4)表面,MFS主要成球状,平均粒径为38.7 nm,饱和磁化强度为85.38 emu·g^(-1);XRD、EDS和XPS图谱揭示Cd^(2+)被成功吸附到材料上,主要机制为Cd^(2+)与材料表面的—OH发生配位反应.

超顺磁性纳米Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)功能化材料对镉污染土壤的修复

土壤Cd污染已成为我国的主要环境问题,严重威胁着农业的可持续发展,因此,亟需探索经济、有效的土壤修复技术.采用共沉淀法制备超顺磁性纳米Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)功能化材料(MFS),以此为修复剂并磁选回收去除土壤中的Cd,考察了MFS投加量、修复时间、土壤pH、土壤Cd含量和土壤有机质含量对MFS修复Cd污染土壤的影响,并探讨了有机酸活化联合MFS修复对实际农田土壤中Cd的去除效果.结果表明,对于总Cd含量为2.348 mg·kg^(-1)的土壤,随着MFS投加量的增加,土壤总Cd和有效态Cd含量均呈下降趋势;当MFS投加量为1.5%(材料∶土壤,质量比)时,土壤总Cd和有效态Cd含量分别下降23.21%和31.59%.土壤总Cd和有效态Cd含量均随修复时间的延长而降低,修复30 d时土壤总Cd和有效态Cd含量分别下降24.07%和35.94%;投加MFS可以显著降低土壤酸溶态和还原态Cd含量,氧化态Cd含量也有一定程度下降.土壤pH对去除土壤Cd有较大影响,在酸性土壤中Cd去除率较高.随着土壤Cd污染程度的加重,MFS对Cd去除率逐渐升高并趋于稳定;当土壤总Cd含量为0.882、1.267、1.653、2.348、3.717和5.751 mg·kg^(-1)时,Cd去除率分别为16.27%、17.58%、19.62%、22.47%、21.63%和21.52%;土壤有机质含量增加会抑制材料对Cd的去除.有机酸活化联合MFS修复能够显著提高土壤总Cd和有效态Cd的去除效果,其中,柠檬酸活化的效果略好于酒石酸.MFS去除土壤Cd的主要机制包括配位反应和磁力作用.