紅土鎳礦基材料吸附及有氧降解水體污染物

王冰凝,劉守軍,3,楊 頌,陳亮宇,劉興陽,李 晉,上官炬**

紅土鎳礦基材料吸附及有氧降解水體污染物

王冰凝1,2,劉守軍1,2,3,楊 頌2,3*,陳亮宇2,4,劉興陽2,3,李 晉2,4,上官炬1,2**

(1.太原理工大學(xué),煤科學(xué)與技術(shù)重點實驗室,山西 太原 030024；2.山西省民用潔凈燃料工程研究中心,山西 太原 030024；3.太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,山西 太原 030024；4.太原科瑞康潔凈能源有限公司,山西 太原 030006)

以紅土鎳礦為研究對象,考察了原礦(HT)及改性礦(HT-FeNi)去除水體中羅丹明B(RhB)的效果.借助XRD、BET、IR等表征手段,結(jié)合吸附動力學(xué)和等溫吸附模擬研究了HT吸附RhB的過程及機制.結(jié)果表明:HT的孔隙結(jié)構(gòu)較為豐富,有良好的RhB吸附性能.當HT添加量為0.2g/L時,RhB去除率為39.03%,吸附量達到93.80mg/g.HT添加量增加,RhB去除效果增強,平衡吸附量減小.HT吸附RhB的過程更符合準二級動力學(xué),包含表面擴散及顆粒內(nèi)擴散兩個步驟.等溫吸附模型擬合發(fā)現(xiàn)Freundlich能夠準確描述HT吸附RhB的過程.1/<0.5,表明吸附過程較易進行.HT經(jīng)5次循環(huán)實驗后,吸附量仍能達到39.67mg/g,表明HT有較好的循環(huán)使用性能.HT吸附RhB主要歸因于Si-O吸附位點.通過氣基還原制備得到改性礦(HT-FeNi).采用SEM、XRD、BET、XPS等手段對HT-FeNi進行表征分析,并考察了HT-FeNi降解RhB的效果.結(jié)果表明:HT-FeNi比表面積小(14.374m2/g),主要成分為鐵鎳雙金屬.HT-FeNi不能通過吸附作用去除RhB,而HT-FeNi/Air/pH=3體系在40min內(nèi)RhB降解效率為94%.捕獲活性氧物種的實驗證明,HT-FeNi/Air/pH=3體系去除RhB過程中起主要作用的活性氧物種是羥基自由基(·OH).在酸性條件下,HT-FeNi通過活化O2生成·OH, Ni0誘導(dǎo)的Fe2+/Fe3+循環(huán)促使HT-FeNi/Air/pH=3體系生成更多的·OH.將HT-FeNi/Air/pH=3體系應(yīng)用于去除水體中甲基橙(MO)和二硝基氯苯(DNCB),去除效率分別為47%、78%.

紅土鎳礦基材料；吸附；有氧降解；水體污染物

水體污染廣泛存在,嚴重威脅人類健康.現(xiàn)有各種技術(shù)應(yīng)用于去除水體污染物,如物理吸附、生物處理、高級氧化技術(shù)、膜處理技術(shù)等.其中,吸附法具有操作簡便、價格低廉等特點,是處置廢水的重要方法.常用的吸附劑有炭質(zhì)材料[1]、金屬氧化物[2]、生物材料[3]、天然礦土[4]等.炭質(zhì)吸附劑及金屬氧化物費用高,生物材料吸附劑制備工藝復(fù)雜,實際應(yīng)用受限.天然礦土材料廉價易得、環(huán)境友好,在環(huán)境廢水處置方面受到越來越多的關(guān)注.而高級氧化技術(shù)具有優(yōu)異的廢水處置效果,是近年水體環(huán)境修復(fù)研究的熱點.鐵基材料,尤其是納米零價鐵和鐵基雙金屬[5]常用于高級氧化技術(shù),但納米材料制備成本高、能耗較高,嚴重制約其廣泛應(yīng)用.

紅土鎳礦儲量豐富,價格低廉,其黏土狀結(jié)構(gòu)及富含鐵、鋁、鎳和鈣等活性成分的特性使其在替代污染物吸附劑和催化劑方面極具潛力. Mohapatra等[6]將改性紅土鎳礦應(yīng)用于吸附去除水體中Cd2+, Fu等[7]以紅土鎳礦為原料制備了磁性復(fù)合吸附劑并考察其對水體中三甲胺的吸附性能.紅土鎳礦基材料除了作為水體污染物吸附劑,也可應(yīng)用于類Fenton體系.Han等[8]利用紅土鎳礦浸出液合成Cu摻雜(Mg,Ni)(Fe,Al)2O4,通過非均相類Fenton體系高效降解有機污染物,但該體系需要添加H2O2.系統(tǒng)探討紅土鎳礦原礦吸附作用及改性礦簡單體系下有氧降解水體污染物具有重要意義.

本研究以紅土鎳礦為研究對象,分別探討原礦(HT)和改性礦(HT-FeNi)去除水體中羅丹明B.結(jié)合儀器表征、動力學(xué)實驗與等溫吸附模擬等方法,提出HT吸附RhB機理;分析改性礦(HT-FeNi)有氧降解羅丹明B過程中體系變化,探討有氧降解機理;考察了HT-FeNi去除甲基橙(MO)和二硝基氯苯(DNCB)等污染物的效果,旨在為水體污染物的高效去除與低品位資源的高值化利用提供參考.

1 材料與方法

1.1 材料

本實驗藥品除甲醇為色譜純外,其他均為分析純.超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)和二苯碳酰二肼(C13H14N4O)購自西格瑪奧德里奇(上海)貿(mào)易有限公司.其他藥品均購自國藥化學(xué)試劑有限公司.實驗用水均為去離子水.

HT為來自印尼蘇拉威西島的低品位紅土鎳礦; HT-FeNi的制備方法:將40g紅土鎳礦和10gNa2S2O3填裝到反應(yīng)器內(nèi),打開水冷裝置,通入保護氣體N2(氣速為100mL/min),當溫度升至設(shè)定溫度后,通入H2/N2(體積比:45/55),總氣速控制為300mL/min,120min后關(guān)閉升溫裝置,在N2保護下將樣品冷卻至室溫,制樣至粒度為-0.2mm后,取5g樣品,在2A電流強度下磁選分離并烘干.

1.2 分析方法

采用X射線衍射分析儀(XRD)、比表面積和孔隙度分析儀(BET)、紅外光譜儀(IR)、掃描電鏡(SEM)、X射線光電子能譜儀(XPS)對HT和HT- FeNi進行表征.

RhB、MO濃度測定均采用紫外-可見分光光度法[9-10].采用總有機碳儀(TOC)測定礦化效率.采用高效液相色譜儀(HPLC)測定DNCB濃度,配備的色譜柱為Trace1300.實驗參數(shù):紫外檢測器波長254nm,柱溫35℃,進樣量10μL.流動相為45%甲醇和55%水,流速為1.0mL/min[11].用1,10-鄰菲羅啉比色法在510nm波長下測定鐵[12],鎳含量測定采用丁二酮肟光度法[13].采用原子吸附光譜儀(AAS)測定體系中鎳離子濃度.采用熒光分光光度法測定體系中雙氧水(H2O2)和羥基自由基(·OH)的生成[14-15].利用氣質(zhì)聯(lián)用儀(GC-MS)測定RhB降解過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物.用二氯甲烷(CH2Cl2)作溶劑萃取RhB降解溶液中間產(chǎn)物,45℃旋蒸后再用1mL丙酮(CH3COCH3)復(fù)溶,將復(fù)溶后的液體轉(zhuǎn)移至氣質(zhì)專用瓶進行GC-MS檢測.色譜柱規(guī)格為30m×0.25mm× 0.25μm,初始柱溫為80℃,維持8min后以4℃/min的速率升至280℃保持10min.載體流速為1.0mL/min,進樣體積為1μL,傳輸線溫度為280℃,離子源溫度為230℃,全掃描模式,質(zhì)核比掃描范圍為50～1000,所用對比譜庫NIST05[16].

1.3 吸附實驗

1.3.1 吸附動力學(xué)實驗 準確稱取一定質(zhì)量的HT于100mL錐形瓶中,加入50mL濃度為50mg/L的RhB溶液,在(25±1)℃下恒溫震蕩,間隔一定時間取樣測定,利用式(1)～(2)分別計算不同時間吸附材料吸附量()和RhB去除率().

式中:為時刻HT對RhB的吸附量,mg/g;0為溶液的初始濃度,mg/L;e為吸附后溶液的濃度, mg/L;為溶液體積,L;為HT質(zhì)量,g;為時刻RhB去除率.

采用準一級[17]、準二級[18]和顆粒內(nèi)擴散[19]3種動力學(xué)方程擬合材料吸附RhB的動力學(xué)行為.

1.3.2 等溫吸附實驗 準確稱取一定質(zhì)量HT于100mL錐形瓶中,分別加入50mL一系列濃度(10,25,50,75,100)mg/L的RhB溶液,在溫度為(25±1)℃條件下震蕩24h,吸附達到平衡后取樣測定.

采用Langmuir[20]、Freundlich[21]和Temkin[22]3種等溫吸附方程對實驗數(shù)據(jù)進行擬合.

1.3.3 循環(huán)使用性能評價實驗 吸附實驗完成后過濾、洗滌收集HT,于60℃恒溫干燥后繼續(xù)作為吸附劑使用.HT的添加量為0.4g/L.

1.4 降解實驗

取50mL初始濃度為25mg/L的RhB溶液于100mL錐形瓶中,加入0.2g/L的HT-FeNi,鼓入空氣/氬氣(1.5L/min)開始反應(yīng).間隔10min取樣,樣品經(jīng)0.22μm濾膜過濾后測定其濃度.使用1mol/L的NaOH和HCl溶液調(diào)節(jié)體系初始pH值.

MO溶液初始濃度為20mg/L;DNCB溶液初始濃度為10mg/L,材料加入量為1g/L,取樣間隔時間為30min.其他過程與HT-FeNi降解RhB的實驗相同.

2 結(jié)果與討論

2.1 HT吸附RhB研究

2.1.1 HT理化特性分析 HT主要元素中Ni、Fe含量為1.41%、21.41%,Mg、Si、Al含量分別為8.75%、13.70%、1.85%.由圖1a可見,HT主要晶相為蛇紋石Mg3Si2O5(OH)4、針鐵礦FeOOH、石英SiO2.由圖1b和1c可見,吸附后HT樣品表示為RHT.HT及RHT均顯示典型的Ⅳ型等溫線,H3滯后環(huán).HT吸附前后主要孔均為2～20nm的中孔,還有少量孔徑大于50nm的大孔,說明HT和RHT均為介孔材料,具有較為豐富穩(wěn)定的孔隙結(jié)構(gòu).HT比表面積為117.94m2/g,總孔容積為0.2101cm3/g,平均孔徑為7.12nm,較大的比表面積和豐富的孔隙結(jié)構(gòu)有利于吸附有機染料[23].而RHT比表面積和總孔容積均降低,分別為82.41m2/g和0.1855cm3/g;平均孔徑增大至9.00nm.這可能是由于吸附過程中RhB堵塞及部分孔坍塌造成的.

由圖1d可知, HT及RHT主要出現(xiàn)了蛇紋石類礦物的紅外光譜特征[24].在高頻區(qū),3684cm-1為八面體層陽離子Mg所引起的面外OH伸縮震動; 3412cm-1的弱吸收峰為八面體層面內(nèi)OH伸縮震動;1631cm-1為H2O的彎曲振動吸收峰.在低頻區(qū),1011cm-1為Si-O伸縮振動吸收峰,628和455cm-1分別為OH擺動帶和Si-O彎曲振動峰.此外798cm-1處還出現(xiàn)了石英所引起的吸收峰.吸附RhB后,1011和455cm-1處的Si-O吸收峰明顯減弱,這說明可能是HT表面的Si-O官能團主要參與了RhB的吸附,為RhB的吸附提供了吸附位點.

2.1.2 HT吸附RhB效果實驗 在初始濃度為50mg/L的RhB溶液中分別加入0.2,0.4,0.6g/L HT,吸附效果如圖2所示.隨著HT添加量的增加,去除RhB的效果增強,吸附量下降.HT添加量由0.2g/L增加到0.6g/L,HT去除RhB效率由39.03%提高至75.24%;吸附量由93.80mg/g下降至60.25mg/g.HT添加量越多,其吸附容量利用越不充分.

2.1.3 吸附動力學(xué) 由表1可見,準一級和準二級方程的相關(guān)系數(shù)(2)分別為0.8924～0.9639、0.9622～0.9957,均達到顯著水平,1和2變化明顯,而準一級動力學(xué)模型擬合的平衡吸附量e,cal與實驗值e,exp差別較大;準二級動力學(xué)方程擬合所得e,cal與e,exp更為接近,擬合性更好,能夠準確描述吸附過程.

表1 HT吸附RhB的動力學(xué)參數(shù)

注:e,exp為實驗所得平衡吸附量,mg/g;e,cal為準一級動力學(xué)方程擬合計算所得平衡吸附量,mg/g;e,cal為準二級動力學(xué)方程擬合計算所得平衡吸附量,mg/g;1,2分別為速率常數(shù),h-1,g/(mg·h).

為了進一步研究溶液中RhB在HT上的擴散機理,利用顆粒內(nèi)擴散模型對數(shù)據(jù)進行擬合.由圖2a可知,HT吸附RhB包括2個階段:第一階段吸附速率較快,相應(yīng)擬合直線截距不為零,說明除顆粒內(nèi)擴散外,表面擴散也影響吸附過程;第二階段為吸附材料顆粒的孔內(nèi)擴散,速率較低,說明顆粒內(nèi)擴散為影響吸附速度的控制步驟[17].

2.1.4 等溫吸附模擬 由圖3、表2可知,Temkin方程擬合相關(guān)系數(shù)較低,不適用于描述RhB吸附過程;Langmuir和Freundlich方程擬合相關(guān)系數(shù)高,都能較好地描述HT吸附RhB的過程, Freundlich吸附模型擬合結(jié)果更好.表明HT吸附RhB過程以多分子層吸附為主,同時伴有單分子層吸附. Freundlich模型中,反映吸附位點能量分布特征,值越大,表征吸附強度越大;F反映吸附能力的強弱,F值越大,表征吸附能力越大[25-26].一般認為, 1/>2,吸附過程困難;0.1<1/<0.5,吸附較為容易[27].HT吸附RhB,1/為0.2094～0.2406,吸附過程較為容易.當HT投加量為0.4g/L時,1/最小,吸附強度最大.

2.1.5 循環(huán)使用性能評價 如圖4所示, HT經(jīng)5次循環(huán)實驗后,吸附量仍能達到39.67mg/g,去除效率仍可保持35%,表明HT具有較好的循環(huán)使用性能.

圖3 RhB吸附等溫線的非線性擬合

表2 HT吸附RhB等溫方程參數(shù)

注:m為飽和吸附量,mg/g;L為Langmuir平衡常數(shù);F為Freundlich平衡常數(shù);為無量綱常數(shù).

圖4 HT吸附RhB循環(huán)使用效果

2.2 HT-FeNi降解RhB研究

2.2.1 HT-FeNi理化特性分析 由圖5a～e可知, HT-FeNi是由大小在10～100μm左右的粒子組成,其表面除了均勻分布的鐵和鎳,還含有氧元素,這可能是由于制備過程中表面零價鐵和零價鎳氧化生成了鐵氧化物和鎳氧化物.圖5f表明,HT-FeNi主要結(jié)晶相為鐵鎳合金、Ca2Mg0.7Fe0.6Si1.7O7和鎂橄欖石.測得HT-FeNi的主要成分為零價鐵和零價鎳,分別占85.68%和13.23%.結(jié)合XRD分析,HT-FeNi的主要組成為鐵鎳雙金屬.圖5g表明,在最大相對壓力下, HT-FeNi的吸附容量為21.51cm3/g.其孔隙體積為0.033cm3/g,比表面積為14.374m2/g.HT-FeNi的比表面積遠小于HT.由圖5h～j可知,HT-FeNi表面存在碳、鐵、鎳、氧等元素.表面碳可能是樣品制備過程暴露于大氣中導(dǎo)致的[28]. 711.1和724.6eV左右的峰對應(yīng)Fe2O3中Fe(III)的2p3/2和2p1/2結(jié)合能.FeO中Fe(II)的2p3/2和2p1/2結(jié)合能分別為709.5和722.8eV左右.Ni(II)2p的XPS光譜在855.0和860.9eV處擬合出2個峰,這是Ni(II)在NiO中的Ni2p1/2和Ni2p3/2的特征.XPS光譜圖未檢測到零價鐵和零價鎳的信號峰,這是由于HT-FeNi表面覆蓋了較厚的鐵氧化物和鎳氧化物,這與SEM-EDS結(jié)果一致.

2.2.2 HT-FeNi降解RhB效果實驗 如圖6所示, HT-FeNi無法通過吸附作用去除RhB,這可能是其比表面積過小導(dǎo)致的.HT-FeNi主要成分為鐵鎳合金,但其較厚的氧化層會阻礙降解反應(yīng)進行,故調(diào)節(jié)體系pH值至酸性,考察HT-FeNi去除RhB的效果.當調(diào)節(jié)體系初始pH值為3時,空氣氣氛下HT-FeNi去除RhB能力較強,40min內(nèi)去除效率達94%.去除過程遵循準一級動力學(xué),去除速率常數(shù)達到0.0703min-1.為了進一步探究氧氣在HT-FeNi去除RhB過程中的作用,同時進行了氬氣氣氛下HT-FeNi去除RhB效果實驗.結(jié)果表明,氬氣氣氛下HT-FeNi在40min內(nèi)去除效率為12%.由此可知,在空氣氣氛下,HT-FeNi高效去除RhB是氧化和還原共同作用的結(jié)果,而氧氣在HT-FeNi去除RhB的過程中起著至關(guān)重要的作用.氬氣氣氛下,HT-FeNi去除RhB可能歸因于吸附在還原劑表面的原子氫直接還原RhB.零價鐵可以將H+原位還原為氣態(tài)H2(式3).鎳是加氫催化劑,吸附在HT-FeNi表面的H2進一步離解為活性H原子(式4)[29].

圖6 HT-FeNi降解RhB效率

2.2.3 HT-FeNi降解RhB機理研究 (1)活性氧物種捕獲實驗:如圖7所示,向體系中加入3種活性氧物種捕獲劑后,降解效率均有降低.加入TBA捕獲·OH后,降解效率由94%降至18%;加入CAT捕獲H2O2后,降解效率降低至38%;加入SOD捕獲·O2-后,降解效率降至71%.由此可知,HT-FeNi去除RhB過程中起主要作用的是·OH.

圖7 加入ROS捕獲劑后HT-FeNi/Air/pH=3體系降解RhB效率

(2)活性氧物種及金屬離子測定:采用熒光探針法檢測HT-FeNi/Air/pH=3體系中·OH和H2O2的生成情況(圖8a),結(jié)果表明HT-FeNi/Air/pH=3體系降解RhB過程中生成了·OH和H2O2,驗證了活性氧物種捕獲實驗的可靠性.由圖8b可見,隨著反應(yīng)時間的延長,Fe2+、Fe3+和Ni2+濃度均呈增大趨勢.HT- FeNi/Air/pH=3體系反應(yīng)40min后,鎳的溶出量為2.37mg/L,遠小于體系中鐵的溶出量,這是由于HT- FeNi中鐵含量遠大于鎳含量,且在酸性環(huán)境中鐵更容易失電子.HT- FeNi/Air/pH=3體系反應(yīng)40min后,水相體系中Fe2+含量大于Fe3+,分別為11.55和8.85mg/L.體系可通過多個途徑釋放Fe2+.Fe0將電子轉(zhuǎn)移到H+生成H2和Fe2+[式(3)];也可將轉(zhuǎn)移電子到O2生成H2O2和Fe2+(式5),從而通過Fenton反應(yīng)(式6)生成.OH降解污染物.Ni2+可能是Ni和O2反應(yīng)的產(chǎn)物,O2被一次還原為·O2-[式(7)][30].Ni2+/Ni0的標準氧化還原電位(-0.257,298K)高于Fe2+/Fe0的標準氧化還原電位(-0.447,298K),Fe0可以將Ni2+轉(zhuǎn)化為Ni0.Ni0又可參與反應(yīng)將Fe3+還原為Fe2+,形成Fe2+/Fe3+循環(huán)[29][式(8)],使水相Fe2+含量持續(xù)高于Fe3+,有效提高了鐵元素利用率,生成更多·OH氧化降解污染物.

(3)HT-FeNi/Air/pH=3體系降解RhB機理:利用GC-MS檢測了HT-FeNi/Air/pH=3體系降解RhB的中間產(chǎn)物,檢測到的中間產(chǎn)物主要有4-羥基-4-甲基-2戊酮、2-羥基-2-苯基乙酸等(表3).圖9為RhB吸收光譜圖,RhB在544nm處的最大吸收峰減少并藍移,且吸收峰減小的速度明顯快于藍移的速度,推測RhB降解的第一步反應(yīng)為脫乙基和發(fā)色團裂解的同時發(fā)生,且發(fā)色團裂解為主要反應(yīng),脫乙基為次要反應(yīng).中間產(chǎn)物4-羥基-4-甲基-2戊酮等的生成證明第二步反應(yīng)可能為苯環(huán)開環(huán).

表3 HT-FeNi/Air/pH=3體系降解RhB的中間產(chǎn)物

圖9 RhB吸收光譜圖

HT-FeNi/Air/pH=3體系降解RhB的機理:1)主要路徑是Fe0通過活化分子氧生成·OH氧化降解RhB,在該過程中,HT-FeNi中的Ni0促進Fe2+/Fe3+循環(huán),使得體系生成更多的·OH;2)Ni0催化生成的活潑H原子可通過還原作用降解小部分RhB.可能的降解機理如圖10所示.

圖10 HT-FeNi/Air/pH=3降解RhB可能的機理

2.2.4 HT-FeNi/Air/pH=3體系應(yīng)用 ·OH氧化電位為2.8V,具有極強的氧化性.其能夠有效去除水體環(huán)境難降解污染物如偶氮染料、氯代化合物、硝基苯等.將HT-FeNi/Air/pH=3體系應(yīng)用于去除水體環(huán)境中MO和DNCB,效果如圖11所示.在40min內(nèi)該體系去除MO、DNCB 2種污染物的效率分別達到47%和78%.結(jié)果表明,HT-FeNi/Air/ pH=3體系可有效去除多種污染物,在水體環(huán)境修復(fù)中有廣泛的應(yīng)用潛力.

圖11 HT-FeNi/Air/pH=3體系降解MO、DNCB效率

3 結(jié)論

3.1 HT孔隙結(jié)構(gòu)較為豐富,有良好的RhB吸附性能,HT吸附RhB主要歸因于Si-O吸附位點.隨著吸附材料添加量的增加,RhB去除效果增強,平衡吸附量減小.準二級動力學(xué)模型能較好地描述HT吸附RhB的過程,吸附過程包含表面擴散及顆粒內(nèi)擴散兩個步驟.Langmuir和Freundlich方程均能較好地描述吸附過程,Freundlich吸附模型擬合效果更好.HT對RhB的吸附過程以多分子層吸附為主,同時伴有單分子層吸附,吸附過程較易進行.

3.2 改性紅土鎳礦HT-FeNi主要成分為鐵鎳雙金屬.HT-FeNi/Air/pH=3體系能有效降解RhB,起主要作用的活性氧物種是·OH.Ni0誘導(dǎo)的Fe2+/Fe3+循環(huán)促使HT-FeNi/Air/pH=3體系生成更多的·OH.HT- FeNi/Air/pH=3體系還可高效去除MO及DNCB,表明HT-FeNi在水體環(huán)境修復(fù)方面有廣泛的應(yīng)用潛力.

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Adsorption and aerobic degradation of water pollutants by laterite nickel ore-based materials.

WANG Bing-ning1,2, LIU Shou-jun1,2,3, YANG Song2,3*, CHEN Liang-yu2,4, LIU Xing-yang2,3, LI Jin2,4, SHANGGUAN Ju1,2**

(1.Key Laboratory of Coal Science and Technology, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China；2.Shanxi Civil Clean Fuel Engineering Research Center, Taiyuan 030024, China；3.College of Chemistry and Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China；4.Taiyuan Green Coke Energy Co., Ltd, Taiyuan 030006, China)., 2022,42(2)：736～744

Taking laterite nickel ore as the research object, the removal efficiencies of rhodamine B(RhB) with the raw ore (HT) and the modified ore (HT-FeNi) were investigated systematically. The adsorption mechanism of RhB was studied by X-ray diffraction, specific surface area analyser, infrared spectrum, and the kinetic and isothermal adsorption characteristic analyses. The results show that the HT possesses a relatively rich pore structure and a good adsorption performance on RhB. When added 0.2g/Lof HT, a RhB removal efficiency of 39.03% and a adsorption capacity of 93.80mg/g were reached. The RhB removal efficiency was enhanced, while the equilibrium adsorption capacity was decreased with the increasing dosage of HT. The adsorption kinetics and isotherms of RhB were well fitted by pseudo-second-order kinetic and Freundlich equation, respectively. The adsorption process might include two steps: surface diffusion and intra-particle diffusion. The1/was less than 0.5, which indicated that the adsorption process occurred more easily. The adsorption capacity of 39.67mg/g was still remained after 5cycles of experiments, indicating a good recycling performance of HT. The adsorption of RhB by HT was mainly attributed to the adsorption site of Si-O. The modified ore (HT-FeNi) was prepared by gas reduction of raw ore (HT). SEM、XRD、BET and XPS were used to characterize HT-FeNi and the degradation efficiency of RhB with this material was investigated. The specific surface area of HT-FeNi was smaller (14.374m2/g),and its main component was Fe-Ni bimetallic. HT-FeNi could not remove RhB by adsorption. However, the degradation efficiency of RhB could reach 94% in HT-FeNi/Air/pH=3system within 40min. The reactive oxygen species capture experiments indicated that the hydroxyl radical (·OH) played a major role for the RhB degradation. HT-FeNi could activate O2under acidic condition and ·OH formed. The Fe2+/Fe3+cycle induced by Ni0promoted the production of ·OH. Then HT-FeNi/Air/pH=3system was applied to the removal of MO and DNCB, the removal efficiencies were 47% and 78%, respectively.

laterite nickel ore-based materials；adsorption；aerobic degradation；water pollutants

X753

A

1000-6923(2022)02-0736-09

王冰凝(1989-),女,山西運城人,工程師,太原理工大學(xué)博士研究生,主要從事環(huán)境功能材料制備及應(yīng)用研究.發(fā)表論文5篇.

2021-06-24

國家自然科學(xué)基金資助項目(21878210);山西省專利推廣實施資助計劃項目(20200719)

* 責(zé)任作者, 講師, yangsong@tyut.edu.cn; ** 教授, shangguanju@tyut.edu.cn