黄钾铁矾对Mo（Ⅵ）的吸附行为和机理研究

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2022-0293

摘要/Abstract

摘要：

钼广泛分布于天然矿山中，且主要以钼酸盐〔Mo（Ⅵ）〕的形式存在。钼资源的快速消耗，可能会增加含钼工业废水的排放并引起严重的环境问题。采用水热法合成黄钾铁矾矿物并用于去除模拟废水中的Mo（Ⅵ），利用XRD表征了矿物材料的理化性质，基于静态吸附实验研究了吸附时间、Mo（Ⅵ）初始浓度、初始pH、吸附剂投加量和不同共存离子对黄钾铁矾吸附Mo（Ⅵ）行为的影响，并结合黄钾铁矾吸附Mo（Ⅵ）前后FT-IR官能团变化结果，揭示黄钾铁矾对Mo（Ⅵ）的吸附动力学特征和吸附机理。结果表明：黄钾铁矾对Mo（Ⅵ）的吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir模型，吸附速率受化学过程主导且为单分子层吸附；随着pH的上升，黄钾铁矾去质子化能力增强，对Mo（Ⅵ）的吸附量减小；吸附剂投加量在0.8 g/L时达到吸附饱和，继续增加黄钾铁矾投加量并不能增加Mo（Ⅵ）的去除率；共存阴离子的加入会与Mo（Ⅵ）竞争矿物表面的吸附位点，对吸附起抑制作用；黄钾铁矾对Mo（Ⅵ）的吸附过程中—OH起了关键作用，吸附机制主要为静电吸附和外圈络合吸附的协同作用。

关键词: 黄钾铁矾, 钼酸盐, 吸附, 吸附机理, 重金属废水

Abstract:

Molybdenum is widely distributed in natural mines，primarily as molybdate〔Mo（Ⅵ）〕. With the rapid depletion of molybdenum resources，the discharge of molybdenum-containing industrial effluents will possibly increase，causing serious environmental problems. Jarosite was synthesized by hydrothermal method and applied to remove Mo（Ⅵ） from simulated wastewater. XRD was used to determine the mineral material’s physicochemical properties. Moreover，the effects of adsorption time，initial concentration of Mo（Ⅵ），initial pH，adsorbent dosage，and different coexisting ions on the adsorption behavior were also investigated based on batch experiments. Combined with the change characteristics of functional groups of FT-IR before and after Mo（Ⅵ）adsorption by jarosite，the kinetic characteristics and adsorption mechanism of jarosite on Mo（Ⅵ） were investigated. The results showed that the adsorption process of jarosite on Mo（Ⅵ） met the pseudo-second-order kinetics and the Langmuir model. The adsorption rate was dominated by a chemical process and was a monolayer adsorption. With the increase of pH，the deprotonation ability of jarosite increased，and the adsorption capacity of Mo（Ⅵ） decreased. The adsorption saturation was reached at 0.8 g/L，and the increase of the adsorption effect was limited when the adsorbent dosage continued. The addition of coexisting ions competed with Mo（Ⅵ） for adsorption sites on mineral surfaces and inhibited adsorption. The hydroxyl groups played a key role in the adsorption of Mo（Ⅵ） by jarosite，and the adsorption of Mo（Ⅵ） by jarosite was mainly a synergistic mechanism of electrostatic adsorption and outer ring complexation adsorption.

Key words: jarosite, molybdate, adsorption, adsorption mechanism, heavy metal wasterwater

中图分类号:

X703.1

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https://www.iwt.cn/CN/Y2023/V43/I2/82

图/表 9

图1 黄钾铁矾XRD分析

Fig. 1 XRD analysis of jarosite

图2 黄钾铁矾对Mo（Ⅵ）的吸附动力学曲线

Fig. 2 Adsorption kinetic curve of Mo（Ⅵ） by jarosite

表1 吸附动力学拟合参数

Table 1 Fitting parameters of the adsorption kinetics

拟合模型	方程	拟合结果	R²
准一级动力学模型	$l n q e - q t = l n q e - k 1 t$	k₁=0.008 min^-1；	0.991 2
准一级动力学模型	$l n q e - q t = l n q e - k 1 t$	q_e=7.389 mg/g	0.991 2
准二级动力学模型	$t q t = 1 k 2 q e 2 + t q e$	k₂=0.004 g/（mg·min）；	0.999 7
准二级动力学模型	$t q t = 1 k 2 q e 2 + t q e$	q_e=14.292 mg/g	0.999 7
颗粒内扩散模型	$q t = K d t 1 / 2 + C i$	k_d1=1.604 mg/（g·min^1/2）；	0.638 4
		C₁=1.807 5 mg/g	0.638 4
		k_d2=0.421 mg/（g·min^1/2）；	0.985 4
		C₂=6.142 mg/g	0.985 4
		k_d3=0.019 mg/（g·min^1/2）；	0.255 3
		C₂=13.429 mg/g	0.255 3

表1 吸附动力学拟合参数

Table 1 Fitting parameters of the adsorption kinetics

拟合模型	方程	拟合结果	R²
准一级动力学模型	$l n q e - q t = l n q e - k 1 t$	k₁=0.008 min^-1；	0.991 2
准一级动力学模型	$l n q e - q t = l n q e - k 1 t$	q_e=7.389 mg/g	0.991 2
准二级动力学模型	$t q t = 1 k 2 q e 2 + t q e$	k₂=0.004 g/（mg·min）；	0.999 7
准二级动力学模型	$t q t = 1 k 2 q e 2 + t q e$	q_e=14.292 mg/g	0.999 7
颗粒内扩散模型	$q t = K d t 1 / 2 + C i$	k_d1=1.604 mg/（g·min^1/2）；	0.638 4
		C₁=1.807 5 mg/g	0.638 4
		k_d2=0.421 mg/（g·min^1/2）；	0.985 4
		C₂=6.142 mg/g	0.985 4
		k_d3=0.019 mg/（g·min^1/2）；	0.255 3
		C₂=13.429 mg/g	0.255 3

图3 黄钾铁矾对Mo（Ⅵ）的等温吸附曲线

Fig. 3 Isothermal adsorption curve of jarosite for Mo（Ⅵ）

表2 等温吸附模型拟合参数

Table 2 Fitting parameters of isothermal adsorption models

拟合模型	方程	拟合结果	R²
Langmuir	$Q e = K L Q m a x C e / (1 + K L C e)$	Q_max=32.797 6 mg/g；	0.952 5
Langmuir	$Q e = K L Q m a x C e / (1 + K L C e)$	K_L=0.024 5 L/mg	0.952 5
Freundlich	$Q e = K F C e 1 / n$	1/n=0.394 1；	0.813 4
Freundlich	$Q e = K F C e 1 / n$	K_F=3.590 6	0.813 4

表2 等温吸附模型拟合参数

Table 2 Fitting parameters of isothermal adsorption models

拟合模型	方程	拟合结果	R²
Langmuir	$Q e = K L Q m a x C e / (1 + K L C e)$	Q_max=32.797 6 mg/g；	0.952 5
Langmuir	$Q e = K L Q m a x C e / (1 + K L C e)$	K_L=0.024 5 L/mg	0.952 5
Freundlich	$Q e = K F C e 1 / n$	1/n=0.394 1；	0.813 4
Freundlich	$Q e = K F C e 1 / n$	K_F=3.590 6	0.813 4

图4 pH对黄钾铁矾吸附Mo（Ⅵ）的影响

Fig. 4 Effect of pH on the adsorption of Mo（Ⅵ） by jarosite

图5 吸附剂投加量对黄钾铁矾吸附Mo（Ⅵ）的影响

Fig. 5 Effect of adsorbent dosage on the adsorption of Mo（Ⅵ） by jarosite

图6 共存离子对黄钾铁矾吸附Mo（Ⅵ）的影响

Fig. 6 Effect of coexisting ions on the adsorption of Mo（Ⅵ） by jarosite

图7 黄钾铁矾吸附Mo（Ⅵ）前后FT-IR对比图

Fig. 7 Comparison of FT-IR before and after Mo（Ⅵ） adsorption by jarosite

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