改性风化煤铅修复剂的制备及其吸附机制

摘要

[目的]风化煤来源广泛，价格低廉，且具有孔径分布合理、活性官能团丰富的特点，可通过改性提高其吸附性能，处理高浓度重金属废水，具有较大的开发价值。本文旨在以风化煤为原料制备一种高效的铅修复剂并对其吸附机制进行探究，以期为含铅废水的净化提供材料基础和理论支撑，同时为风化煤的高值化利用提供方向。[方法]采用乙烯胺改性、响应曲面法制备和优化风化煤修复剂的制备工艺，在批量吸附实验的基础上结合扫描电镜（SEM）、比表面及孔隙度分析仪（BET）、傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）、X射线衍射仪（XPS）等表征技术，对该材料的吸附机理进行探究。[结果]确定了三乙烯四胺改性风化煤制备铅修复剂的工艺参数：体系pH=4.98、乙烯胺用量2.58 mL·g^-1风化煤、超声时间为64.34 min、超声功率为350 W；该修复剂对铅的吸附过程符合拟二级动力学模型和Langmuir模型，表明该过程是以化学吸附为主的单分子层吸附，最大吸附容量达228 mg·g^-1，较原煤提高了48%；热力学分析显示，ΔG<0、ΔH>0、ΔS>0，即该反应是自发的吸热反应，且温度升高促进反应的发生；超声改性的破坏作用和三乙烯四胺的接枝使该修复剂的介孔面积减小了63.14%、微孔面积增大了126%，同时表面丰富的羟基、羧基、羰基、酰胺基等活性基团与铅发生配位或络合反应，促进了其对铅的捕获。[结论]本研究获得了一种高效的铅修复材料，乙烯胺用量和超声温度是影响该材料吸附性能的显著因素，微孔面积增大以及丰富的活性基团（羟基、羧基、羰基、酰胺基）是其主要的铅吸附机制。

关键词

风化煤 / 乙烯胺改性 / 铅污染 / 响应曲面法