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聚间苯二胺@Fe₃O₄(PmPDs@Fe₃O₄)复合材料吸附还原水中六价铬

文章出处:人气: 发表时间:2022-02-05 16:32

  电镀、制革等工业废水中常含有高浓度的六价铬,其对人体具有致癌性。理想的除铬材料应同时具备对Cr(VI)的高效吸附、将其还原为低毒的Cr(III)以及易于从水中分离回收的功能。聚间苯二胺是一种富含仲胺(-NH-)和亚胺(=N-)基团的导电聚合物。在酸性条件下,这些含氮官能团极易被质子化而带上正电荷,对以阴离子形式存在的Cr(VI)(如CrO₄²⁻)具有极强的静电吸附能力。更为关键的是,PmPDs本身具有还原性,其官能团可以作为电子供体,将吸附到其表面的Cr(VI)原位还原为Cr(III),从而释放出吸附位点,实现吸附与再生的动态循环。

  

  本研究通过简单的化学氧化聚合法,在预先制备的Fe₃O₄磁性纳米颗粒表面原位生长了一层致密的聚间苯二胺壳层,形成了核壳结构的PmPDs@Fe₃O₄磁性复合材料。Fe₃O₄磁核赋予了材料在外加磁场下几十秒内即可从水中快速分离的特性。在pH 2至4的酸性范围内,该复合材料对Cr(VI)展现出了极高的去除速率和吸附容量。X射线光电子能谱对反应后的材料进行表征,明确证实了Cr(VI)首先被质子化的胺基通过静电引力捕获并吸附,随后被PmPDs分子链上的胺基和亚胺基还原为Cr(III)。生成的Cr(III)一部分与PmPDs的含氮官能团形成稳定的络合物,被固定在材料表面;另一部分则以Cr³⁺离子的形式释放到溶液中。

  

  处理完成后,使用一块磁铁即可将吸附了铬的复合材料迅速从水中分离出来。经过简单的稀酸再生处理后,其吸附和还原活性得以恢复。5次循环使用后,材料的除铬效率仍保持在初始性能的85%以上。值得注意的是,该材料在共存高浓度SO₄²⁻、Cl⁻、NO₃⁻等阴离子时,对Cr(VI)仍表现出优异的选择性吸附能力,这归因于质子化的胺基与Cr(VI)阴离子之间强烈的静电和络合协同作用。该研究为设计兼具高效吸附、原位还原解毒和快速磁分离回收功能的一体化重金属废水净化材料,提供了成功的范例。

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