合成锰氧化物对水中镍的吸附效能研究

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1、合成锰氧化物对水中镍的吸附效能研究重庆大学硕士学位论文（专业学位）学生姓名：李杉指导教师：焦斌权教授兼职导师：周在江教授级高工学位类别：工程硕士（安全工程领域）重庆大学资源及境科学学院二O一五年四月ResearchonAdsorptionEfficiencyofNickleIonbySyntheticManganeseOxidesAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheProfessionalDegreeByLiShanSupervisedbyProf.JiaoBinqu

2、anPluralisticSupervisedbyProf.ZhouZaijiangSpecialty:ME(SafetyEngineeringField)CollegeofResourceandEnvironmentalScience,ChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril2015重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要重金属元素镍是一种致癌物质，含镍的废液直接排入水体后，不仅会威胁水生生物的生存，而且可能通过吸附、沉淀和食物链而不断的富集，破坏生态环境，危害人体的健康。目前处理水溶液中重金属元素的方法主要有吸附法、沉淀法、离子交换法、膜分离技术、生物

3、方法等。由于吸附法具有较广的适用浓度、操作简单、易于规模化等优点，被认为是去除水中重金属离子较有效的方法。铁、铝、锰等金属氧化物及氢氧化物具有良好的多孔结构、比表面积大、负电荷量高等特点，对水中重金属、有机物等污染物具有较强的吸附作用，利用金属氧化物作为吸附剂去除水中的污染物也引起人们的研究兴趣。本实验选择使用锰氧化物作为吸附材料，实验中制备了四种不同的锰氧化物，并根据其对镍的吸附效能进行筛选，对筛选后的锰氧化物通过X射线衍射（XRD）和红外光谱（FTIR）进行物相分析和表面官能团分析，同时测定其电荷零点（PZC）。在静态吸附实验中，通过控制单因素条件，分析研究影响锰氧化物对镍吸附作用的

4、主要因素，包括锰氧化物的投加量、pH值、盐浓度、温度和初始镍浓度、吸附的时间等。同时，通过吸附热力学和吸附动力学对吸附反应过程进行分析。得出结论如下：本文中通过人工合成的方法制备了α-MnO2、β-MnO2、γ-MnO2、δ-MnO2四种不同的锰氧化物，通过吸附试验筛选，确定使用α-MnO2、δ-MnO2作为本实验的吸附剂。α-MnO2和δ-MnO2两种锰氧化物在洗涤干燥后均呈黑色固体颗粒，表面带有金属光泽，研磨过筛后呈棕黑色粉末。X射线衍射（XRD）检测表明两种锰氧化物结晶性较差，呈非晶态结构。红外光谱（FTIR）检测显示两种锰氧化物均出现了M―O键、M―OH表面羟基和结合水的特征吸收

5、峰。参照Murray的碱式滴定法测定α-MnO2和δ-MnO2的电荷零点（PZC）分别为1.22、1.46。α-MnO2和δ-MnO2两种锰氧化物的投加量在10mmol以上时，对浓度为2mmol/L的100mL含镍溶液吸附率均接近100%。pH值对锰氧化物吸附率的影响较大，随着反应体系pH值（范围：2~8）的升高，α-MnO2和δ-MnO2对水中镍的吸附率分别由20.8%和8.3%提高到62.6%和45.9%。盐浓度试验中，溶液中共存钠离子会影响吸附作用，当其浓度由1mmol/L增加到50mmol/L，α-MnO2和δ-MnO2对水中镍的吸附率分别由49%和31.4%降低到41.6%和2

6、4.6%左右，表明对镍的吸附是专性吸附和非专性吸附共同作用。在初始镍浓度较高的条件下，锰氧化物吸附率降低，单位吸附量明显提高，同时由于锰氧化物的吸附趋于饱和，此时吸附作用受温度的影响相对较小。在初始镍浓度较低的条件下，可以有效提高吸附效率，但单位I重庆大学硕士学位论文中文摘要吸附量降低，并未达到吸附饱和状态，此时温度的提高有利于锰氧化物对低浓度镍的吸附。α-MnO2和δ-MnO2两种锰氧化物对水中镍的吸附作用主要发生在0~30min时间段内，属于快速吸附阶段，吸附速率较大；在30~150min时间段内吸附速率放缓，属于慢速吸附阶段，吸附速率较小；在150min后，吸附作用逐渐停止，基本达

7、到吸附平衡状态。吸附热力学分析中，通过比较三种拟合的线性吸附等温式可知，与Langmuir吸附等温式更好的拟合，拟合的相关系数R值均大于0.996。计算得到的qm可知α-MnO2对镍的饱和吸附量大于δ-MnO2，吸附能力相对较强。吸附动力学分析中，α-MnO2和δ-MnO2两种锰氧化物对镍的吸附过程更符合Lagergren准二级动力学方程，拟合的相关系数R均大于0.999。计算得到的吸附容量qe分别为28.77mg/g和18.93m