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改性粉煤灰多孔陶瓷吸附Cr(Ⅵ)及改性机理研究
一、引言
由于工业活动和人类生活的活动，导致水中存在的铬元素含量逐渐增加。其中，六价铬是最有毒的一种形态，对人体健康会造成较大威胁。因此，如何高效地去除水中六价铬成为了目前工业和环保领域的重要研究方向。
目前，各种吸附剂已经被用于六价铬的去除，如活性炭、氧化铁、锰砂等。但是，这些材料在去除过程中存在一定的局限性，如成本高、吸附效率和容量低等。因此，寻求一种高效、低成本的吸附材料对于解决这些问题具有重要意义。
粉煤灰是燃煤过程中副产生的一种灰烬，含有丰富的SiO2、Al2O3等氧化物，被广泛用作材料的原料。而将粉煤灰进行改性，制备成多孔陶瓷，则可以更好的提升其吸附能力，成为一种理想的吸附材料。
本文主要研究改性粉煤灰多孔陶瓷对于水中六价铬的吸附去除效果，同时探究改性机理。
二、实验方法
1.材料制备
本实验采用的是粉煤灰多孔陶瓷，采用溶胶凝胶法进行表面改性。具体制备过程如下：
(1)将粉煤灰破碎成片状，并将其加入至氮气保护下的管式电炉中，进行高温处理(1200℃，4小时)，使其成为多孔陶瓷。
(2)采用溶胶凝胶法对多孔陶瓷表面进行改性，用三乙氧基硅烷(TEOS)和羟基乙基纤维素(HEC)作为前驱体，沉淀于多孔陶瓷表面，并进行固化和处理。
2.吸附实验
(1)铬(Ⅵ)水溶液的制备：取0.1gK2CrO4和0.4gNa3PO4混合，并加入去离子水中，调节pH至5.0。
(2)吸附实验：将0.1g改性粉煤灰多孔陶瓷样品加入50mL铬(Ⅵ)水溶液中，摇床振荡(150rpm，25℃)4小时，随后收集吸附剂，离心(1000rpm，10min)并过滤，用离子色谱法测定溶液中的铬(Ⅵ)离子浓度，并计算吸附量。
3.表征实验
(X射线衍射法)、(扫描电镜)、(紫外-可见光谱)、(傅里叶变换红外光谱)等方法对材料的物理化学性质进行表征分析。
三、实验结果与分析
1.吸附性能
随着改性多孔陶瓷的制备，其对铬(Ⅵ)的吸附量有所提高，同时吸附后的铬(Ⅵ)浓度呈现下降趋势。当改性样品的吸附量达到最大时，吸附量达到90.2mg/g，表明改性多孔陶瓷样品的吸附能力得到了极大提升。
2.表征性能
(X射线衍射法)结果表明，改性样品中仍然具有多晶的结构，新的峰也表明了可能发生的化学反应。
(扫描电镜)图像显示，改性样品在多孔陶瓷表面上产生了许多微观孔隙结构。其表面积增大，表明改性多孔陶瓷的吸附能力得到了很大提升。
(紫外-可见光谱)和(傅里叶变换红外光谱)结果表明，改性过程中氧化铝的表面羟基含量增加，并出现了吸附作用的可能官能团。
3.改性机理
改性多孔陶瓷对铬(Ⅵ)的吸附过程主要是靠表面官能团的配位吸附作用，同时产生的微观孔隙结构也为其提供了吸附场所，因此吸附能力得到了很大提升。同时，改性过程中，氧化铝的表面羟基含量增加，使其吸附能力有了很大提升。
四、结论
本实验将粉煤灰多孔陶瓷进行了表面改性，并实现了其对铬(Ⅵ)的高效吸附。通过实验数据和表征实验得到，改性多孔陶瓷的吸附性能得到很大提升，主要依靠其表面羟基官能团的吸附作用和微观孔隙结构的存在。
本实验的结果表明，改性粉煤灰多孔陶瓷具有很好的应用潜力，成为一种低成本、高吸附能力的铬(Ⅵ)吸附剂。