煤炭学报

作者：周刚, 栾国梁, 李帅龙, 陈冠双, 吕颖慧, 孙慧赟,

关键词：废弃物, 沙柳木粉, 酸性废水, 吸附剂, 分子动力学,

针对煤矿酸性废水中含有较高质量浓度铁离子和锰离子的问题，以沙柳木粉为主要原料，遵循农林废弃物提取再利用原则，经过NaOH、Na2SO3等溶液处理后获得脱木素木粉(DWF)，通过微波辅助–原位合成的手段，制备了一种针对煤矿废水中Fe(II)和Mn(II)的吸附剂(AA-DWF-PAM)。借助扫描电子显微镜(SEM)、N2吸附–脱附、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和红外热重联用(TG-FTIR)对产物的微观结构、反应机理、热稳定性进行了分析，探讨了AA-DWF-PAM的最佳吸附条件、吸附动力学、吸附等温线，研究了AA-DWF-PAM对Fe(II)和Mn(II)的吸附特性和吸附机理。表征实验结果表明：AA-DWF-PAM整体存在较多孔洞并呈现网状结构，且比表面积(BET)为150.83 m2/g，说明改性后的吸附剂具有较大的比表面积，能够为Fe(II)和Mn(II)吸附提供较多位点和空间；此外，AA-DWF-PAM热解气态产物主要有H2O、CO2以及少量CO，裂解温度较高，其结构稳定性较强。吸附特性实验研究表明：AA-DWF-PAM用量为4 g/L、溶液pH=4、吸附时间达到200 min，以及Fe(II)、Mn(II)初始质量浓度为100 mg/L和80 mg/L时，为AA-DWF-PAM的最佳吸附条件；经过计算得知，AA-DWF-PAM更接近于伪二级动力学假设，吸附主要控制过程为化学过程，且吸附过程更符合Langmuir方程的单层分子吸附，Fe(II)和Mn(II)的理论最大吸附量分别为192.29 mg/g和123.65 mg/g；通过Materials Studio对吸附过程进行分子模拟和量子化学计算得知，吸附过程中—NH2、—COOH以及—OH官能团起到静电吸附作用。因此，合理利用农林废弃物，为煤矿酸性废水治理提供了新途径，开发的AA-DWF-PAM吸附剂，能够有效处理煤矿酸性废水中的铁锰离子。

来源：2024年第3期

《煤炭学报》期刊编辑部

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