磁性复合材料的制备及其对二甲基胂酸的吸附

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2022-0869

摘要/Abstract

摘要：

用水热法制得磁性复合材料用于对二甲基胂酸的吸附研究。首先通过XRD、BET、VSM和SEM对合成材料进行分析；考察投加量、pH等因素对磁性复合材料吸附二甲基胂酸效果的影响，并结合吸附等温线和吸附动力学研究其吸附性能和吸附机理；通过FT-IR和Zeta电位探讨了磁性材料吸附二甲基胂酸的机理。XRD分析表明磁性复合材料纯度高、晶型好；SEM图显示磁铁矿为单分散球团附着在膨润土和硅藻土表面，孔隙结构丰富；磁性硅藻土和磁性膨润土比表面积分别48.63、65.17 m²/g；磁性硅藻土和磁性膨润土饱和磁化强度分别达到了61.84、60.19 emu/g。二甲基胂酸在磁性复合材料上的吸附符合准二级动力学模型，吸附等温线符合Freundlich模型；比较pH分别为3、7、11时的吸附等温线，在中性时对二甲基胂酸吸附量最大，磁铁矿、磁性硅藻土及磁性膨润土对二甲基胂酸的最大吸附量分别为0.54、1.73、1.75 mg/g。结合Zeta电位和红外分析，可知磁性复合材料是通过静电作用和配体交换吸附二甲基胂酸。

关键词: 二甲基胂酸, 磁性膨润土, 磁性硅藻土, 吸附

Abstract:

Magnetic composite materials were prepared by hydrothermal method and used for the adsorption of dimethyl arsonic acid. The synthetic materials were first analyzed by XRD，BET，VSM and SEM characterization methods. The effect of dosage，pH and other factors on the adsorption effect of dimethyl arsonic acid in magnetic composites were investigated，and its adsorption performance and adsorption mechanism in combination with adsorption isotherms and adsorption kinetics were studied. The mechanism of adsorption of dimethyl arsonic acid by FT-IR and Zeta potential was further explored. Finally，the cyclic properties of magnetic composites were studied by desorption and resorption. XRD analysis showed that the magnetic composite material had high purity and good crystal form. The SEM results showed that the magnetite was attached to the surface of bentonite and diatomaceous earth as monodisperse pellets，and had rich pore structure. The specific surface area of magnetic diatomaceous earth and magnetic bentonite was 48.63 and 65.17 m²/g，respectively. The saturated magnetization intensity of magnetic diatomaceous earth and magnetic bentonite reached 61.84 and 60.19 emu/g，respectively. The adsorption of dimethyl arsonic acid on magnetic composites conforms to the quasi-secondary kinetic model. The adsorption isotherms conform to the Freundlich model，compared with the adsorption isotherms at pH 3，7 and 11，the maximum adsorption of dimethyl arsonic acid was the largest at neutral time，and the maximum adsorption of magnetite，magnetic diatomaceous earth and magnetic bentonite to dimethyl arsonic acid was 0.54，1.73 and 1.75 mg/g，respectively. Combining Zeta potential and infrared，it showed that magnetic composites is the adsorption of dimethyl arsonic acid by electrostatic action and ligand exchange.

Key words: dimethyl arsonic acid, magnetic bentonite, magnetic diatomite, adsorption

中图分类号:

X703.1

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https://www.iwt.cn/CN/Y2023/V43/I8/66

图/表 10

图1 磁铁矿及磁铁矿复合材料XRD

Fig. 1 XRD of magnetite and magnetite composite materials

表1 磁铁矿和磁性复合材料的BET比表面积、平均粒径

Table1 BET specific surface area and mean particle size of magnetite and magnetic composites

吸附剂	比表面积/（m²·g^-1）	孔径/nm	孔容/（cm³·g^-1）
磁铁矿	25.01	26.36	0.16
磁性硅藻土	48.63	21.42	0.26
磁性膨润土	65.17	18.79	0.31

图2 磁铁矿和磁性复合材料的吸附、脱附和孔径分布曲线

Fig. 2 Adsorption and desorption of magnetite and magnetic composite and pore size distribution curve

图3 磁铁矿及磁性复合材料的磁滞回线

Fig. 3 Hysteresis loops of magnetite and magnetic composites

图4 磁铁矿及磁性复合材料吸附二甲基胂酸的SEM

Fig. 4 SEM adsorption of dimethyl arsonic acid by magnetite and magnetic composites

图5 二甲基胂酸在磁铁矿及磁性复合材料上的吸附动力学

Fig. 5 Adsorption kinetics of dimethyl arsonic acid on magnetite and magnetic composites

表2 pH=7条件下二甲基胂酸在磁铁矿及磁性复合材料表面吸附准一级动力学拟合和准二级动力学拟合

Table 2 Quasi-first-order kinetic fitting and quasi-second-order kinetic fitting for the adsorption of dimethyl arsonic acid on the surface of magnetite and magnetic composites at pH=7

吸附剂	Q_e _，exp/（mg·g^-1）	准一级动力学			准二级动力学
吸附剂	Q_e _，exp/（mg·g^-1）	Q_e， _cal/（mg·g^-1）	K ₁/h^-1	R²	Q_e， _cal/（mg·g^-1）	K ₂/（g·mg^-1·h^-1）	R²
磁铁矿	0.45	0.17	0.29	0.901 7	0.46	6.38	0.997 8
磁性硅藻土	0.52	0.18	0.13	0.778 0	0.47	9.84	0.999 5
磁性膨润土	0.55	0.21	0.11	0.948 6	0.48	7.35	0.996 9

表3 二甲基胂酸在磁铁矿及磁性复合材料表面吸附模型拟合

Table 3 Adsorption models of dimethyl arsine acid on magnetite and magnetic composites

实验体系		Langmuir等温吸附模型			Freundlich等温吸附模型
实验体系		Q _max/（mg·g^-1）	K_L /（L·mg^-1）	R²	n	K_F/（mg·g^-1）·（L·mg^-1）^1/n	R²
pH=3	磁铁矿	-0.11	-0.84	0.926 6	0.26	0.56	0.903 6
	磁性硅藻土	-0.33	-0.67	0.867 7	0.47	0.63	0.866 2
	磁性膨润土	-0.17	-0.82	0.870 7	0.36	0.66	0.810 9
pH=7	磁铁矿	0.88	1.60	0.749 1	2.06	0.55	0.792 7
	磁性硅藻土	-0.97	-0.8	0.799 1	0.63	2.37	0.742 9
	磁性膨润土	-0.94	-0.86	0.771 1	0.84	2.50	0.702 0
pH=11	磁铁矿	0.85	0.54	0.601 7	1.51	0.33	0.636 9
	磁性硅藻土	-0.02	-0.99	0.633 4	0.06	0.84	0.701 8
	磁性膨润土	-0.01	-1.03	0.986 7	0.01	8.65	0.908 4

图6 二甲基胂酸对磁铁矿及磁性复合材料表面Zeta电位的影响

Fig. 6 Effect of dimethyl arsonic acid on Zeta potential of magnetite and magnetic composites

图7 红外光谱

Fig. 7 Infrared spectra

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