绿色无溶剂氧化铁纳米材料：高效铅去除与特性研究

本研究论文深入探讨了纳米氧化铁在去除铅污染的应用中所展现出的独特性能。通过共沉淀法成功地合成了一种有机无溶剂的氧化铁纳米材料，该方法对于环保领域具有重要意义，特别是在水体和土壤中铅离子的净化处理。作者利用了一系列先进的表征技术，如傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）配以能量色散X射线分析（SEM-EDX）、X射线衍射（XRD）以及热重差热分析（TG-DTA），对合成的纳米氧化铁的结构、形貌和表面特性进行了详尽的分析。 研究过程中，重点对影响吸附性能的关键因素如溶液pH值、吸附剂用量、接触时间、搅拌速度和初始铅离子浓度进行了优化。通过对吸附等温线的研究，发现Langmuir模型更适于描述这种纳米氧化铁对铅的吸附行为，这表明吸附过程可能主要遵循单层吸附原理。而与Freundlich、Dubinin-Radushkevich (D-RK) 和 Flory-Huggins (FH) 模型相比，Langmuir模型的数据拟合效果更优，进一步揭示了吸附过程的物理性质和表面吸附特征。 动力学研究显示，吸附过程倾向于伪第二阶（PSO）模型，而非伪第一阶（PFO）或Elovich模型，这表明吸附过程可能是以表面吸附为主，并非快速化学反应。通过对吸附扩散和粒子内扩散（IPD）模型的检验，结果未通过原点检验，确认吸附过程主要受控于表面吸附，而非扩散机制。 实验得出的最大吸附容量（qmax）为70.422 mg/g，这是一个重要的性能指标，表明该氧化铁纳米材料具有较高的铅离子吸附能力。此外，热力学分析通过D-RK和FH模型揭示了吸附过程的平均吸附能和自由能，进一步揭示了物理吸附和自发反应对吸附过程的影响。 这篇论文不仅提供了纳米氧化铁的合成方法和表征手段，还对其在铅去除应用中的吸附行为进行了深入剖析，为设计高效、环保的重金属离子吸附剂提供了科学依据。这一研究成果对于环境保护和可持续发展有着实际的推动作用。