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硫酸改性钢渣吸附剂的制备及去除Pb2+的机理研究

钢渣、吸附、重金属、硫酸

钢渣是钢铁行业制造生产中的副产物，大量未经处理的钢渣废弃堆积，不仅严重浪费资源还占据大量的土地资源，对周边土壤和环境还造成污染，甚至对人类生产和生活产生极大威胁。本研究以废弃钢渣作为原材料，采用一步水热合成方法制备了硫酸改性钢渣（SS-HS），用于从水溶液中去除重金属Pb²⁺。进行了单因素实验，以确定不同实验条件对吸附容量的影响。使用EDS和FT-IR对获得的材料进行了表征以分析其结构组成。采用响应面方法优化了SS-HS的制备条件，确定了最佳制备条件如下：硫酸用量为8.07 mL，反应时间为9.98 h，反应温度为99.44℃。使用SEM、EDS和BET分析了制备的SS-HS的物理化学性质。观察到SS-HS的比表面积从8.0041 m²/g增加到131.8312 m²/g。介孔材料的平均孔体积为0.2101cm³/g，平均孔径为6.3737 nm。此外，我们还研究了不同吸附条件对Pb²⁺吸附容量的影响。最佳吸附条件在Pb²⁺溶液浓度为700 mg/L、吸附剂质量为0.03 g、温度为55℃、pH=5时达到最大吸附量为193.05 mg/g。为进一步探究SS-HS对Pb2+的吸附过程和机理，建立了动力学和等温吸附模型。结果表明，吸附过程符合准二级动力学吸附模型和Freundlich等温吸附模型，表明是单分子层化学吸附。采用XPS分析确定了材料的基本组成和价态结构，确定了SS-HS的吸附机制主要涉及静电吸附、离子和配体交换以及表面沉淀。这项研究不仅介绍了一种用于冶炼钢渣资源利用的新方法，还提出了一种创新的吸附剂，用于高效去除水溶液中的Pb²⁺，为钢渣资源化利用的相关基础研究提供理论依据。