77 / 2023-10-15 17:15:29

磁性生物质对水土中镉的吸附去除机制及其应用研究

镉；磁性材料；吸附机制；重金属去除；回收

水体和土壤重金属污染已经成为我国严重的环境问题，在对污染水土进行的修复过程中，修复材料的选择非常重要，磁性吸附剂因价格低廉、便于分离受到广泛的关注。但现有磁性吸附材料存在吸附量低或磁性弱的问题，导致重金属的去除效率不高，因此需要开发兼具高吸附量和强磁性的吸附剂。本研究以牡蛎壳和花蛤壳为原材料，使用乙二胺四乙酸铁钠和硫化亚铁作为铁源制备磁性材料，通过高温煅烧制得改性牡蛎蛤壳（CMOS）和花蛤壳（CMCS）磁性吸附剂，考察了两种磁性材料对水体中Cd²⁺的吸附动力学、等温线和热力学等特性，利用SEM、XRD和XPS等技术方法探究了其吸附机理，并应用于实际镉污染土壤中探究对重金属的去除效果。结果表明，CMOS和CMCS饱和磁化强度分别为14.3和8.0 emu/g，在水体中的回收率均为100%，对Cd²⁺的吸附容量最大可达到168.4和115.7 mg/g，这远高于此前报道的许多磁性材料的吸附效果，两种吸附剂均可在120 min内达到吸附平衡，具有较快的吸附速率。机制研究发现，材料表面的-OH和-COOH官能团参与了与Cd²⁺的螯合反应，吸附过程中生成了Cd(OH)₃、CdCO₃、Cd₃(PO4)₂和CdFe₂O₄等沉淀，在对Cd²⁺的吸附中静电吸附和离子交换作用也发挥了作用。将两种磁性材料应用于实际镉污染（2.3 mg/kg）的土壤中，CMOS和CMCS对土壤总镉的去除率为41.5和34.2%，有效态镉的去除率为52.4和42.5%。分析发现，被去除的镉主要为酸提取态和可还原态，可氧化态和残渣态无显著变化。CMOS和CMCS在土壤中具有较高的的回收效率，分别为98.3和95.8%。本研究中的两种磁性材料能够快速、高效去除水体和土壤中的重金属镉，且回收效率高，具有较为广阔的应用前景。