铁纳米线对水中Cu2+的吸附性能及机理

摘要：

为研究nZVI(纳米零价铁)材料对水中Cu2+的吸附性能,采用液相还原法合成核壳结构的nZVI,即FSCNs(铁纳米线,Fe@Fe2O3 core-shell nanowires).通过批处理吸附试验研究pH、离子强度、FSCNs投加量、反应时间、初始ρ(Cu2+)、反应温度等因素对Cu2+去除率的影响,运用动力学模型、等温吸附模型和吸附热力学模型分析FSCNs对Cu2+的吸附特性,并利用SEM(扫描电镜)、XRD(X射线衍射)和XPS(X射线光电子能谱)等表征手段探讨FSCNs对Cu2+的吸附机制.结果表明:①在pH为5、离子强度为0.01 mol/L、FSCNs投加量为0.5 g/L、反应温度为318 K条件下,FSCNs对Cu2+产生的吸附容量最大,为387.6 mg/g.②FSCNs对Cu2+的吸附反应在30 min内达到吸附平衡,此时的最大吸附率可达96％;FSCNs对Cu2+的吸附更符合准二级动力学模型(R2≥0.992),表明化学吸附可能为该反应的限制步骤;Langmuir和Freundlich等温吸附模型均能较好地拟合吸附结果(R2≥0.992);该吸附过程是自发的吸热反应[△G0(吉布斯标准自由能)＜0,△H0(标准焓变)＞0].③大部分Cu2+在加入FSCNs后转化为Cu、Cu2O和CuO,被吸附在FSCNs表面,吸附、还原与共沉淀可能是FSCNs去除水中Cu2+的主要机理.研究显示,FSCNs对Cu2+的最大吸附容量为387.6 mg/g,能快速高效吸附水中的Cu2+,应用前景良好.

关键词：铁纳米线、纳米零价铁、Cu2+、吸附

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分类号：X703(一般性问题)

资助基金：广州市属高校科研项目1201620157;国土资源部放射性与稀有稀散矿产重点实验室开放基金项目RRSM-KF2018-04;广州大学研究生创新研究资助计划项目2017GDJC-M08

在线出版日期：2019-03-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：2146-2154