改性磁铁矿对矿区土壤中镉的吸附性能及机理

邵坤, 赵改红, 李刚. 改性磁铁矿对矿区土壤中镉的吸附性能及机理[J]. 矿产保护与利用, 2019, 39(2): 89-94. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2019.02.034
引用本文: 邵坤, 赵改红, 李刚. 改性磁铁矿对矿区土壤中镉的吸附性能及机理[J]. 矿产保护与利用, 2019, 39(2): 89-94. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2019.02.034
SHAO Kun, ZHAO Gaihong, LI Gang. Adsorption Properties and Mechanism of Modified Magnetite for Cadmium Removal from Mined Soil[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2019, 39(2): 89-94. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2019.02.034
Citation: SHAO Kun, ZHAO Gaihong, LI Gang. Adsorption Properties and Mechanism of Modified Magnetite for Cadmium Removal from Mined Soil[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2019, 39(2): 89-94. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2019.02.034

改性磁铁矿对矿区土壤中镉的吸附性能及机理

  • 基金项目:
    四川省科技计划项目资助(2018JY0231)
详细信息
    作者简介: 邵坤(1983-), 男, 河南信阳人, 硕士, 工程师, 从事岩矿测试及环境化学研究, E-mail:shaokun101@163.com
  • 中图分类号: TD981;X53

Adsorption Properties and Mechanism of Modified Magnetite for Cadmium Removal from Mined Soil

  • 采用酸浸、灼烧的方法对磁铁矿进行改性,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对改性前后的磁铁矿进行表征,并研究其对矿区土壤中水溶性Cd2+的吸附性能及机理。吸附条件试验表明:对于20 g矿区土壤样品,当改性磁铁矿用量0.5 g、pH为7、吸附时间70 min时,以5 mL 0.5%盐酸-0.5%硫脲为洗脱剂,改性磁铁矿对水溶性镉的去除率达到95%以上。Cd2+的吸附等温线符合Langmuir和Freundlich等温线吸附模型,饱和吸附容量达到18.93 mg/g。吸附过程不受离子强度影响,吸附机理主要为离子交换和氧化还原反应。改性磁铁矿制备简便且易分离,是一种值得进一步研究并实际应用的环保处理材料。

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  • 图 1  磁铁矿(a)与改性磁铁矿(b)SEM图

    Figure 1. 

    图 2  磁铁矿与改性磁铁矿XRD图

    Figure 2. 

    图 3  pH值对镉去除率的影响

    Figure 3. 

    图 4  改性磁铁矿用量对镉去除率的影响

    Figure 4. 

    图 5  吸附时间对镉去除率的影响

    Figure 5. 

    图 6  吸附温度对镉去除率的影响

    Figure 6. 

    图 7  NaCl浓度对镉去除率的影响

    Figure 7. 

    图 8  改性磁铁矿吸附Cd2+前后的XPS全谱图

    Figure 8. 

    表 1  正交试验结果

    Table 1.  The results of the orthogonal test

    No. 盐酸/% 硫脲/% 体积/mL 镉回收率/%
    1 1(0.25) 1(0.25) 1(5) 82.75
    2 1(0.25) 2(0.5) 2(10) 94.03
    3 1(0.25) 3(0.75) 3(15) 95.38
    4 2(0.75) 1(0.25) 2(10) 93.61
    5 2(0.75) 2(0.5) 3(15) 95.50
    6 2(0.75) 3(0.75) 1(5) 86.74
    7 3(0.5) 1(0.25) 3(15) 92.58
    8 3(0.5) 2(0.5) 1(5) 96.83
    9 3(0.5) 3(0.75) 2(10) 96.86
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    表 2  磁铁矿吸附等温线拟合参数

    Table 2.  Parameters of the fitting of adsorption isotherms on magnetite

    Langmuir Freundlich
    qmax/(mg·g-1) K R2 Kf n R2
    磁铁矿 12.05 0.021 0.991 0.33 2.106 0.992
    改性磁铁矿 18.93 0.032 0.993 0.25 2.251 0.994
    注:KKf分别为Langmuir和Freundlich吸附等温方程的吸附常数;n为与反应键能有关的经验常数;qmax为饱和吸附容量。
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    表 3  不同矿物材料对镉的吸附容量比较

    Table 3.  Comparison of the adsorption capacity of cadmium with various mineral

    矿物材料 处理方法 pH值 吸附容量/(mg·g-1)
    凹凸棒土[5] 3 mol/L HCl浸泡48 h,110 ℃烘干 4 32.5
    改性蛭石[6] 900 ℃焙烧2% CTMAB 60 ℃改性,90 ℃烘干,105 ℃活化 5~6 7.21
    钠基蒙脱石[7] 0.5 mol/L NaCl,透析完100 ℃烘干,200/300 ℃灼烧,冷冻干燥 7 11.1
    改性海泡石[4] 3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷改性 6 17.6
    改性磁铁矿[本文] 0.5 mol/L盐酸浸泡、150 ℃灼烧 7 18.93
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出版历程
收稿日期:  2019-01-17
刊出日期:  2019-04-25

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