1、DOI：10.19965/ki.iwt.2022-0293第 43 卷第 2 期2023年 2 月Vol.43 No.2Feb.，2023 工业水处理Industrial Water Treatment82黄钾铁矾对 Mo（）的吸附行为和机理研究陈波 1，2，梁朝丽 1，王锋 1，2，蔡平雄 1，2（1.北部湾大学石油与化工学院，广西钦州 535000；2.广西绿色化工新材料与安全技术重点实验室，广西钦州 535000）摘要 钼广泛分布于天然矿山中，且主要以钼酸盐 Mo（）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
2、水中的 Mo（），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（）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（）行为的影响，并结合黄钾铁矾吸附 Mo（）前后 FT-IR官能团变化结果，揭示黄钾铁矾对 Mo（）的吸附动力学特征和吸附机理。结果表明：黄钾铁矾对 Mo（）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（）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（）的去除率；共存阴离子的加
3、入会与 Mo（）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（）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；重金属废水中图分类号 X703.1 文献标识码 A 文章编号 1005-829X（2023）02-0082-07Adsorption behavior and mechanism of jarosite for Mo（）CHEN Bo1，2，LIANG Chaoli1，WANG Feng1，2，CAI Pingxiong1，2（1.College of Petroleum and Chemical
4、Engineering，Beibu Gulf University，Qinzhou 535000，China；2.Guangxi Key Laboratory of Green Chemical Materials and Safety Technology，Qinzhou 535000，China）Abstract：Molybdenum is widely distributed in natural mines，primarily as molybdate Mo（）.With the rapid depletion of molybdenum resources，the discharge
5、 of molybdenum-containing industrial effluents will possibly increase，causing serious environmental problems.Jarosite was synthesized by hydrothermal method and applied to remove Mo（）from simulated wastewater.XRD was used to determine the mineral material s physicochemical properties.Moreover，the ef
6、fects of adsorption time，initial concentration of Mo（），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（）adsorption by jaro
7、site，the kinetic characteristics and adsorption mechanism of jarosite on Mo（）were investigated.The results showed that the adsorption process of jarosite on Mo（）met the pseudo-second-order kinetics and the Langmuir model.The adsorption rate was dominated by a chemical process and was a monolayer ads
8、orption.With the increase of pH，the deprotonation ability of jarosite increased，and the adsorption capacity of Mo（）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 comp
9、eted with Mo（）for adsorption sites on mineral surfaces and inhibited adsorption.The hydroxyl groups played a key role in the adsorption of Mo（）by jarosite，and the adsorption of Mo（）by jarosite was mainly a synergistic mechanism of electrostatic adsorption and outer ring complexation adsorption.基金项目
10、广西自然科学基金项目（2020GXNSFBA297128）；广西科技基地和人才专项（桂科 AD20238041）；广西自然科学基金联合培育项目（2019GXNSFAA245016）开放科学（资源服务）标识码（OSID）：83工业水处理 2023-02，43（2）陈波，等：黄钾铁矾对 Mo（）的吸附行为和机理研究Key words：jarosite；molybdate；adsorption；adsorption mechanism；heavy metal wasterwater许多工业废水会对环境造成严重的重金属污染，特别是来自矿物加工、金属电镀、电气电子和化学工业的废水1-2。钼（Mo）作为一
11、类过渡重金属元素，主要以六价氧化态的钼酸盐（MoO42-）形式存在，对人类和动物生理过程中的酶及其功能至关重要3，摄入较高含量的钼可能会导致一系列健康问题，如贫血、甲状腺功能减退、骨骼和关节畸形、生长迟缓和不育等，世界卫生组织建议饮用水中的钼质量浓度不应超过 70 g/L4。钼广泛存在于各种天然矿山中，因具有高熔点、高强度、高导热性和良好的耐腐蚀性等特点，被广泛用于半导体制造和光电子工业5。钼资源的快速消耗可能会增加钼排放到水环境中的风险，造成严重的环境污染。因此，有效去除废水中的 Mo（）是环境保护的重要议题。钼废水的处理方法主要有化学沉淀法、离子交换树脂法、吸附法、膜分离法和生物法6。化学
12、沉淀法通过向废水中投加化学沉淀剂，使钼离子与沉淀剂形成难溶性沉淀物，从而达到去除效果；但此方法易受 pH 影响，存在一定使用局限性7-8。离子交换树脂属于高分子材料，含有大量离子交换基团，对去除重金属污染物具有选择作用，但吸附易饱和，只适合处理低浓度的钼废液9。膜分离法具有低能耗、高效率、轻污染的优点，但制备成本较高、稳定性差和存在制膜污染等缺点，限制了其应用10。生物法利用藻类、水生植物、菌类的表面官能团和废水中的钼发生物理化学反应，达到去除废水中钼的效果。于常武等11利用生物藻吸附钼废水，但该方法应用条件较为苛刻，需要在低 pH 条件下进行，可能会对实际应用中的生产设备造成腐蚀。吸附法由于
13、具有操作简单、成本低和效率高等优点受到广泛关注。铁（氢）氧化物具有比表面积大、反应活性强和表面带可变电荷等特征，被认为是一种良好的吸附材料，广泛应用于工业废水的吸附处理中12。其中，黄钾铁矾是一类典型的铁（羟基）硫酸盐次生矿物，广泛形成于富硫的酸性硫酸盐土和酸性矿山废水等自然环境中13。黄钾铁矾矿物作为冶金工业的废弃物，在很长一段时间并未得到开发利用，直到近些年研究者们发现其表面具有丰富的FeOH 等官能团，能有效吸附含重金属元素的含氧阴离子，被视为一种良好的吸附材料并应用于对含 AsO43-、SbO42-和 CrO42-等废水的处理中14。但是，目前鲜有黄钾铁矾去除废水中 MoO42-的报道
14、。本研究通过水热合成法合成了黄钾铁矾矿物，并研究了其对废水中Mo（）的吸附行为，考察了吸附动力学、吸附等温线，以及pH、投加量、共存离子等因素对吸附行为的影响；在此基础上，探讨了黄钾铁矾对Mo（）的吸附机理，以期为钼污染废水的处理提供参考。1 材料与方法1.1试剂与仪器试剂：Fe2（SO4）35H2O、KOH、NaOH、HCl、NaNO3、Na2SO4、KH2PO4等，均为分析纯；实验用模拟含Mo（）废水由（NH4）6Mo7O244H2O配制而成。仪器：TD-3500 XRD衍射仪、FTIR-650型傅里叶变换红外光谱仪、722型可见分光光度计、DSZ-708型精密pH计、鼓风干燥机、恒温振荡
15、器、精密电子分析天平、超纯水机、恒温数显水浴锅、低速离心机。1.2黄钾铁矾的制备参考 D.BARON 等15提出的水热合成法制备黄钾铁矾。将装有 100 mL 超纯水的锥形瓶置于水浴锅中加热至 95，随后加入 17.2 g Fe2（SO4）35H2O与 5.6 g KOH，用锡箔纸密封烧杯，恒温搅拌 4 h；将矿物悬浮液静置冷却，通过“离心去除上清液加超纯水搅拌”操作将其洗涤多次后，高速离心去除上层溶液，将所得矿物在烘箱 40 下干燥 24 h；经玛瑙研钵充分研磨后，过 200 目（75 m）筛，即得黄钾铁矾固体粉末。1.3吸附实验1.3.1吸附动力学实验取200 mL 30 mg/L pH=
16、5 的 Mo（）溶液，加入0.1 g 黄钾铁钒，在 25、180 r/min 条件下，振荡 31 680 min后，取样并测定溶液中剩余钼浓度。1.3.2吸附等温实验配制 25 mL 的 10200 mg/L 的 Mo（）溶液，分别加入 12.5 mg 的黄钾铁钒，调节溶液 pH 为 5，在25、180 r/min 条件下振荡吸附 24 h 后，取样并测定吸附后钼浓度。1.3.3pH对吸附效果的影响取25 mL 30 mg/L 的 Mo（）溶液，分别用 NaOH和 HCl调节溶液 pH为 210，添加 12.5 mg黄钾铁钒，试验研究工业水处理 2023-02，43（2）84在 25、180 r/min条件下振荡吸附 24 h后测定吸附后钼浓度。1.3.4吸附剂投加量对吸附效果的影响设定 Mo（）初始质量浓度为 30 mg/L，黄钾铁矾投加量分别为 0.24 g/L，调节溶液 pH 为 5，将溶液在 25、180 r/min条件下振荡吸附 24 h后测定吸附后钼浓度。1.3.5共存离子对吸附效果的影响将0、0.1、0.5 mol/L 的 NaNO3、Na2SO4、KH2PO4共存离子加