改性褐煤对酸性矿山废水中Fe2+、Mn2+的吸附特性研究

作者：狄军贞; 张思怡^*; 杨逾; 梁冰; 王显军; 孟凡康; 李增新; 郭建志; 李拓达; 张伟

来源：煤炭科学技术, 2022, 50(11): 243-250.

DOI：10.13199/j.cnki.cst.2020-0694

• 褐煤
• 改性褐煤
• 酸性矿山废水
• 吸附动力学
• 吸附等温线

针对酸性矿山废水(Acid Mine Drainage, AMD)中Fe2+、Mn2+含量高，褐煤吸附饱和量有限等问题，以褐煤为试验材料，利用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)等手段分析褐煤的吸附机理。同时，采用静态烧杯试验，并基于NaCl浸泡改性、超声波辅助NaCl改性褐煤的方法以及吸附等温线、吸附动力学原理，研究褐煤及改性褐煤吸附Fe2+、Mn2+特性和机理。结果表明：褐煤的表面孔隙结构发达，褐煤主要由高岭石、方解石、菱铁矿、石英等矿物组成，含有丰富的—OH、—■、—CHO等活性基团。超声波辅助NaCl改性褐煤对Fe2+、Mn2+的吸附效果最佳，平衡时吸附饱和量分别为6.775 0 mg/g和8.092 5 mg/g,较未改性褐煤提高了28.44%、22.47%。褐煤及其改性褐煤对Fe2+、Mn2+的吸附过程均符合Langmuir等温模型。研究表明，褐煤及改性褐煤表面均匀并且为单分子层吸附，被吸附的Fe2+、Mn2+之间没有相互作用力。褐煤及改性褐煤的吸附能力大小为：超声波辅助NaCl改性褐煤>NaCl浸泡改性褐煤>褐煤。其中，吸附效果最好的超声波辅助NaCl改性褐煤对Fe2+、Mn2+的Langmuir拟合方程分别为y=0.069 95x+0.139 24、y=0.070 73x+0.425 16。褐煤对AMD中Fe2+的吸附过程符合准二级动力学模型，说明褐煤对Fe2+的吸附机理以离子交换作用为主；NaCl浸泡改性褐煤、超声波辅助NaCl改性褐煤对AMD中Fe2+的吸附现象符合颗粒内扩散模型，表明该吸附过程是由膜扩散和颗粒内扩散共同控制。褐煤及改性褐煤对AMD中Mn2+的吸附均符合准二级动力学模型，说明褐煤及改性褐煤对AMD中Mn2+的吸附以化学吸附为主。其中吸附效果最好的超声波辅助NaCl改性褐煤对Fe2+的颗粒内扩散模型方程为y=0.480 24x+0.453 12;对Mn2+的准二级动力学拟合方程为y=0.103 44x+3.415 11。

• 单位
  辽宁工程技术大学; 土木工程学院