电化学驱动水钠锰矿高效吸附去除混合重金属离子

锰氧化物被广泛用作重金属离子吸附剂,电化学调控其氧化还原反应程度可提高重金属吸附容量。然而,多种重金属离子共存时的电化学吸附过程及相互影响机理尚不清楚。本工作采用多周恒流充放电方式研究了水钠锰矿对Cd²⁺、Zn²⁺、Pb²⁺与Ni²⁺单独及共存时的电化学吸附性能及机理,同时考察了氧化还原程度对吸附性能的影响。结果表明,重金属离子的电化学吸附容量明显高于断路条件下的物理化学吸附容量。在0.5 mmol·L⁻¹单一及多种重金属离子混合溶液中,水钠锰矿电化学吸附容量大小顺序均为Pb²⁺＞Cd²⁺＞Zn²⁺＞Ni²⁺。在单一重金属离子溶液中,Cd²⁺、Zn²⁺、Pb²⁺和Ni²⁺的去除率分别为41.8%、37.2%、85.6%与31.3%。
多重金属离子共存时,Pb²⁺的去除率受其他重金属离子影响较小。Pb²⁺优先占据水钠锰矿上吸附位点阻碍了Cd²⁺、Zn²⁺与Ni²⁺的吸附,导致相应去除率分别降至19.9%、11.6%和5.4%。共吸附过程中,Cd²⁺对Zn²⁺与Ni²⁺有抑制作用,Zn²⁺与Ni²⁺互相抑制且Zn²⁺对Ni²⁺抑制作用较强。随着水钠锰矿氧化还原程度加剧,Pb²⁺去除率明显增加,Cd²⁺、Zn²⁺和Ni²⁺的去除率变化不大。该研究可为锰氧化物用于电化学吸附处理重金属污染废水提供基础数据和参考。