氧化铁红对印染废水中锑（V）的吸附性能

doi:10.3785/j.issn.1008-9497.2022.02.009

氧化铁红对印染废水中锑（V）的吸附性能

周楚晨^,^,¹, 李成¹, 钱建英², 杨昆仑¹, 胡韵璇¹, 徐新华^,^,¹

1.浙江大学环境与资源学院，浙江杭州 310058

2.中煤科工集团杭州研究院有限公司，浙江杭州 311201

The study of antimony (V) adsorption by commercial iron oxide red

ZHOU Chuchen^,^,¹, LI Cheng¹, QIAN Jianying², YANG Kunlun¹, HU Yunxuan¹, XU Xinhua^,^,¹

1.Environmental and Resource Sciences College，Zhejiang University，Hangzhou 310058，China

2.Hangzhou Research Institute，China Coal Technology & Engineering Group，Hangzhou 311201，China

通讯作者: ORCID：https：//orcid.org/0000-0001-7139-1246，E-mail：xuxinhua@ zju.edu.cn.

收稿日期: 2021-03-05

基金资助:

国家自然科学基金资助项目. 21976153

Received: 2021-03-05

作者简介 About authors

周楚晨（1996—），ORCID：https：//orcid.org/0000-0001-9081-0063，女，硕士，主要从事水处理研究，E-mail：21814055@zju.edu.cn. , E-mail：21814055@zju.edu.cn

摘要

印染行业锑（Sb）污染严重，常规除锑工艺难以达标，铁氧化物对水中锑及其化合物具有良好的吸附效果，选取氧化铁红110、138与190，分别记为T110、T138、T190，对模拟印染废水中的Sb（V）进行吸附去除。结果表明，当Sb（V）初始浓度为200 μg·L^-1，投加量为0.2 g·L^-1时，T138的除锑效果最佳，去除率可达99.44%。XRD图谱显示，氧化铁红的主要成分为 $α$ -Fe₂O₃。TEM与XPS图谱表明，T138的颗粒形状较不规则且相对粗糙，含还原态铁与丰富的羟基位点，有利于吸附Sb（V）。吸附动力学实验显示，Sb（V）吸附过程较符合准二级动力学模型，以化学吸附为主。吸附热力学结果表明，T110与T138对Sb（V）的吸附较符合Freundlich模型，T190则较符合Langmuir模型。在实际应用中，印染废水中共存的含氧阴离子与染料明显抑制氧化铁红对Sb（V）的吸附。

关键词： 氧化铁红 ; 吸附 ; Sb（V） ; 印染废水

Abstract

The antimony pollution is caused by the water released by printing and dyeing enterprise while the conventional water treatment processes could hardly make the liquid waste treated up-to-standard. Because iron oxides are proved to have a good performance in antimony adsorption, three types of iron oxide red T110、T138 and T190 were characterized and used in a series of adsorption experiments. The results show that T138 has the best antimony removal effect with Sb(V) and the removal efficiency reached to 99.44% (under the condition Sb(V) concentration=200 μg·L^-1, adsorbent dosage=0.2 g·L^-1). Based on XRD analysis, the main component of these materials was $α$ -Fe₂O₃. TEM analysis showed that the particle shape of T138 was irregular and its surface was relatively rough. T138 was also shown in XPS analysis to contain reduced iron and abundant hydroxyl sites. The results of adsorption kinetics showed that the Sb(V) adsorption process conforms to the pseudo-second order kinetic equation, indicating the existence of chemical adsorption. And the results of adsorption thermodynamics suggested that the Sb(V) adsorption process by T110 and T138 were in good agreement with Freundlich model, while the Sb(V) adsorption process by T190 fit well with Langmuir model. During the practical application process, the coexisting oxygen anions and dyes in solution would significantly inhibit the antimony adsorption of commercial iron oxide red.

Keywords： iron oxide red ; adsorption ; Sb(V) ; printing and dyeing wastewater

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本文引用格式

周楚晨, 李成, 钱建英, 杨昆仑, 胡韵璇, 徐新华. 氧化铁红对印染废水中锑（V）的吸附性能. 浙江大学学报(理学版)[J], 2022, 49(2): 201-209 doi:10.3785/j.issn.1008-9497.2022.02.009

ZHOU Chuchen, LI Cheng, QIAN Jianying, YANG Kunlun, HU Yunxuan, XU Xinhua. The study of antimony (V) adsorption by commercial iron oxide red. Journal of Zhejiang University(Science Edition)[J], 2022, 49(2): 201-209 doi:10.3785/j.issn.1008-9497.2022.02.009

锑（Sb）是一种稀有元素，在人们的生产生活中应用广泛，如作为油漆颜料、聚合物催化剂和阻燃剂等。含锑的聚酯纤维原料将锑元素引入印染废水，主要以正五价（V）形式存在。由于锑元素具有一定毒性^［1］，进入环境后会给人类健康带来威胁，对含锑印染废水进行除锑处理十分必要。因此，在研究除锑方法时，需考虑各因素对除锑过程的影响。

吸附法作为常见的除锑方法，具有操作简便、经济高效等特点^［2-4］。研究证明，铁氧化物，如针铁矿、赤铁矿、四方纤铁矿等均可有效去除锑，且Sb（V）主要以内层络合的形式吸附在铁氧化物表面^{［2， 5-7］}。氧化铁红的主要成分为氧化铁（Fe₂O₃），被大量应用于着色，如涂料、颜料等领域^［8-9］。人工氧化铁红制备简便，价格低廉，具有成为较经济的除锑吸附剂的潜力。氧化铁红的制备条件对其表面物化性质有一定影响，因此本文采用3种不同型号的氧化铁红材料进行实验与表征，探究其晶体结构组成与位点分布异同，及其对锑的吸附效果，为合成高效吸附材料提供参考。

根据实际印染废水条件，将3种商业氧化铁红材料作为吸附剂，借助X射线衍射仪（X-ray diffraction，XRD）、透射电子显微镜（transmission electron microscope，TEM）、X射线光电子能谱仪（X-ray photoelectron spectroscopy，XPS）、傅立叶变换红外吸收光谱仪（Fourier transform infrared spectroscopy，FTIR）、比表面积测定仪（Brunauer emmett teller，BET）等对材料进行表征，测定材料吸附性能，并分析溶液pH、离子浓度、共存含氧阴离子和染料对吸附的影响，以期为氧化铁红的实际应用提供数据支持与参考。

1　材料与方法

1.1　实验材料与试剂

氧化铁红购于灵寿县盛泰矿产品加工厂，型号分别为110、138与190，记为T110、T138、T190。

盐酸、氢氧化钠、氯化钠、硫酸钠、碳酸氢钠、硝酸钠、磷酸钠、醋酸钠、抗坏血酸、硫脲、硼氢化钾等化学试剂均购于国药集团化学试剂有限公司。焦锑酸钾与锑单元素标准溶液购于阿拉丁试剂（上海）有限公司。

各试剂纯度达分析纯以上，使用前不再进行纯化。

1.2　主要仪器与表征技术

采用Tecnai G2 F20高分辨场发射透镜电子显微镜（HRTEM）对3种氧化铁红材料的微观形态结构进行观察，分析微观尺寸。采用ASAP2460 BET氮气吸附脱附仪测定材料的比表面积、孔径和孔容。

采用X'pert PRO XRD、Nicolet IS5 FTIR、Axis Ultra DLD XPS等对材料进行系列表征，分析晶体结构、表面元素存在形式与表面官能团分布，以及吸附前后的变化。

采用Zetasizer Nano ZS Zeta电位分析仪（Zeta），对3种材料在不同pH下的表面电荷分布进行测定。

1.3　吸附实验与分析方法

称取一定量焦锑酸钾溶液，用去离子水稀释定容，得到一定浓度的含Sb（V）模拟废水溶液。用1 mol·L^-1的NaOH和HCl溶液调节模拟废水溶液的pH。实际废水取自嘉兴某印染厂的污水处理站气浮池。

在进行吸附实验时，量取50 mL模拟废水和实际废水溶液，加入10 mg氧化铁红材料（投加量为0.2 g·L^-1），在25 ℃，130 r·min^-1条件下，恒温振荡。用注射器快速取样，并通过0.45 µm的微孔滤膜过滤。对所得滤液采用原子荧光分光光度计测定Sb（V）的浓度，计算锑去除率η（%）和吸附容量q_e（mg·g^-1）：

η = \frac{(C_{0} - C_{e}) \times 100 %}{C_{0}}

，（1）

q_{e} = \frac{(C_{0} - C_{e}) V}{m}

，（2）

其中，C₀为Sb（V）初始浓度（mg·L^-1），C_e为吸附实验达到平衡时Sb的浓度（mg·L^-1），V为溶液体积（L），m为氧化铁红材料的投加质量（g）。

2　结果与讨论

2.1　XRD表征

分别对T110、T138与T190进行XRD分析，所得图谱如图1所示。由图1可知，3种氧化铁红材料的特征峰位置相似，与α-Fe₂O₃的标准卡片所示的特征峰相符，表明其主要成分为α-Fe₂O₃。T138具有相对较尖锐的特征峰，表明其可能具有较好的结晶度和较大的粒径。

图1

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图1 3种氧化铁红材料的XRD图谱

Fig.1 XRD patterns of three types of iron oxide red

采用Debye-Scherrer方程，估计3种氧化铁红材料的平均粒径：

D = \frac{k λ}{β c o s θ}

，（3）

其中，k=0.9为谢勒常数，λ=0.154 nm为X射线波长，β为峰长半高处的峰宽，θ为衍射角。经计算，T110的平均粒径约为93.43 nm，T138的平均粒径约为94.23 nm，T190的平均粒径约为97.97 nm。T110的平均粒径较其他2种材料相对更小。

2.2　TEM表征

分别对3种氧化铁红材料进行HRTEM表征，以观察其形貌与微观结构差异，所得结果如图2所示。由图2（a）~（c）可知，T110形状为六边形，且厚薄程度与横向尺寸分布相对均匀，平均粒径约为143.67 nm。T138的形貌与T110具有显著差异，表面呈褶皱状，表明材料厚薄分布相对不均匀，存在不规则凹陷与凸起。T190的形状、大小分布不均匀，存在明显团聚现象，可能影响其对Sb（V）的吸附效果。

图2

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图2 氧化铁红110、138和190的HRTEM结果

Fig.2 HRTEM images of T110， T138 and T190

由图2（d）~（f）可知，T110体系内存在2种衍射条纹，且晶格间距分别为0.268 nm（1 0 4晶面），0.252 nm（1 1 0晶面），表明材料的主要成分为α-Fe₂O₃。T138的衍射条纹与α-Fe₂O₃的1 1 0 晶面衍射条纹相符，T190的衍射条纹则与α-Fe₂O₃的1 0 4晶面衍射条纹相符。3种材料主要成分均为α-Fe₂O₃，但主要晶面取向各不相同，可能由于各材料生产工艺存在差别。

2.3　FTIR表征

图3为3种氧化铁红材料在吸附前后的FTIR图谱。可知，3种材料均在约3 420和1 635 cm^-1处具有吸收峰，由材料表面吸附水分子中—OH的伸缩振动与变形引起。在480和570 cm^-1处的吸收峰是由Fe—O伸缩振动引起的，且指纹区内的特征峰与α-Fe₂O₃的特征峰相似，表明材料的主要成分为α-Fe₂O₃^［10］，与XRD的表征结果相符。

图3

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图3 3种氧化铁红材料吸附前后的的FTIR图谱

Fig.3 FTIR images of three types of iron oxide red before and after adsorption

2.4　XPS表征

图4为3种氧化铁红材料的XPS图谱。由图4（a）可知，T138表面O—H峰的面积与其余2种材料有明显差别，且其O—H与Fe原子数之比分别为T110和T190的1.8和1.7倍，表明T138表面羟基含量相对较高。由图4（b）可知，3种氧化铁红材料的Fe 2p_1/2和Fe 2p_3/2特征峰分别位于约724和711 eV处。根据拟合结果，T110与T190的卫星峰均位于约732和718 eV处，T138的卫星峰位于729和715 eV处，向低结合能方向偏移，体现了Fe²⁺的卫星峰特征，且T138的Fe 2p特征峰也具有向低结合能方向偏移的特征，以上结果表明，T138中的α-Fe₂O₃可能被部分还原^［11］。

图4

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图4 3种氧化铁红材料的XPS图谱

Fig.4 XPS images of three types of iron oxide red

3种氧化铁红材料在吸附后的XPS图谱如图5所示。可知，吸附后的氧化铁红材料的O 1 s能谱均在约540 eV处出现了Sb 3d峰，表明3种氧化铁红材料表面均能成功吸附Sb（V）。

图5

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图5 3种氧化铁红材料吸附后的O 1 s图谱

Fig.5 O 1 s images of three types of iron oxide red after adsorption

2.5　吸附动力学

对实际印染企业废水进行取样，并测定相关参数，可知废水中Sb（V）浓度为180~200 μg·L^-1，且呈中性。因此，本文将吸附实验的pH设为7±0.1，Sb（V）初始浓度设为 200 μg·L^-1，以模拟印染废水。在模拟废水中分别加入3种氧化铁红材料，并在0~24 h内随机取样，以探讨吸附时间Sb（V）吸附量的影响，并进一步分析其吸附特性。

对实验结果进行拟合，拟合方程分别采用准一级动力学方程：

l n (q_{e} - q_{t}) = l n q_{e} - k_{1} t

（4）

和准二级动力学方程：

\frac{t}{q_{t}} = \frac{1}{k_{2} q_{e}^{2}} + \frac{t}{q_{e}}

，（5）

其中，t为吸附时间（min），k₁（min^-1）和k₂（g·mg·min^-1）分别为准一级和准二级动力学方程的速率常数，q_t 和q_e （mg·g^-1）分别为氧化铁红材料在t时刻与平衡时的Sb（V）吸附量。

拟合结果见图6，相关参数见表1。由图6可知，3种氧化铁红材料的吸附量在前120 min均较大。T138可于60 min前达到平衡，且其平衡吸附量约为1.60 mg·L^-1，高于T110与T190，表明T138表面可能具有更多的活性位点或活性位点更易与Sb（V）结合。

图6

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图6 吸附时间对氧化铁红的Sb（V）吸附效果影响（温度：298 K，吸附剂投加量：0.1 g·L^-1，接触时间：24 h）

虚线为准一级动力学方程拟合结果，实线为准二级动力学方程拟合结果。

Fig.6 Effect of time on Sb（V） adsorption by iron oxide red （T=298 K， adsorbents dosage=0.1 g·L^-1， contact time=24 h）

The solid and dash lines correspond to pseudo-first and pseudo-second order kinetic fitting results.

表1 氧化铁红对Sb（V）的吸附动力学拟合参数

Table 1 Adsorption kinetic parameters of the Sb（V） adsorption by iron oxide red

样品	准一级动力学方程			准二级动力学方程
样品	q_e/（mg·g^-1）	k₁/（min^-1）	R²	q_e/（mg·g^-1）	k₂/（mg·g·min^-1）	R²
T110	1.119 0	0.023 2	0.955	1.190 0	0.026 7	0.989
T138	1.481 0	0.687 0	0.943	1.524 0	0.808 0	0.978
T190	0.545 4	0.043 1	0.935	0.585 8	0.101 0	0.975

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由表1可知，3种氧化铁红材料的准二级动力学方程拟合系数R²均在0.97以上，相比准一级动力学方程的R²更接近1，表明氧化铁红对Sb（V）的吸附过程更符合准二级动力学方程，以化学吸附为主，受到表面反应的制约^［12］。

2.6　吸附等温线

图7为3种氧化铁红材料的Sb（V）吸附量随Sb（V）初始浓度变化的曲线，溶液pH为7±0.1。氧化铁红材料的Sb（V）吸附量随Sb（V）初始浓度的增加而逐渐增加，并趋于饱和。相同浓度下，T138的Sb（V）吸附量均高于其他2种材料。

图7

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图7 Sb（V）初始浓度对氧化铁红的Sb（V）吸附效果影响（温度：298 K，吸附剂投加量：0.1 g·L^-1，接触时间：24 h）

虚线为Langmuir模型的拟合结果，实线为Freundlich

模型的拟合结果。

Fig.7 Effect of initial concentration on Sb（V） adsorption by iron oxide red （T=298 K，adsorbents dosage=0.1 g·L $^{- 1},$ contact time=24 h）

The solid and dash lines correspond to Freundlich and

Langmuir models.

为进一步探究氧化铁红材料的Sb（V）吸附性能差异，对所得实验数据进行拟合，拟合方程分别采用Langmuir吸附等温线模型：

q_{e} = \frac{q_{m} K_{L} C_{e}}{1 + K_{L} C_{e}}

，（6）

\frac{1}{q_{e}} = \frac{1 + K_{L} C_{e}}{q_{m} K_{L} C_{e}}

（7）

和Freundlich吸附等温线模型：

q_{e} = K_{F} {C_{e}}^{\frac{1}{n}}

，（8）

其中，K_L（L·mg^-1）为温度相关的Langmuir等温线常数，K_F（mg（g·mg^1/ⁿ ）^-1）为吸附容量相关的Freundlich等温线参数，n为吸附强度的常数，q_m（mg·g^-1）为吸附剂的最大单分子层吸附量，C_e（mg·L^-1）为吸附平衡时的Sb（V）浓度。

所得参数如表2所示，拟合曲线如图7所示。

表2 氧化铁红对Sb（V）的等温吸附拟合参数

Table 2 Adsorption isotherm parameters of the Sb（V） adsorption by iron oxide red

样品	Langmiur模型
样品	K_L/（L·mg^-1）	q_m/（mg·g^-1）	R²	n	K_F/（mg·（g·mg^1/ⁿ ）^-1）	R²
T110	0.005 66	104.30	0.985	1.256	1.004	0.987
T138	0.013 90	107.10	0.989	1.460	2.913	0.989
T190	0.016 70	45.34	0.995	1.494	1.453	0.986

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由表2可知，3种氧化铁红材料的Langmuir模型、Freundlich模型拟合参数R²均在0.98以上，差别较小。T110的Freundlich模型拟合参数R²略高于Langmuir模型，表明Freundlich模型可更好地描述吸附过程。Freundlich模型主要描述了非均相表面的吸附过程，表明T110与T138表面活性位点可能具有不均一性，吸附过程相对复杂^［13］。T190的Langmuir模型拟合参数R²略高于Freundlich模型，表明其吸附过程可能以单分子层吸附为主，吸附位点仅吸附单个分子或原子^［14-15］。

在Freundlich模型拟合参数中，T138具有较高的K_F值，说明其表面较易吸附Sb（V）。在Langmuir模型拟合参数中，T110与T138对Sb（V）的最大吸附量分别为104.30和107.10 mg·g^-1，显著高于相似条件下α-Fe₂O₃（11.09±0.85 mg·g^-1）、α-FeOOH（7.53±0.25 mg·g^-1）、β-FeOOH（7.53±0.25 mg·g^-1）、γ-FeOOH（10.62±0.55 mg·g^-1）以及水铁矿（17.7 mg·g^-1）等铁氧化物的最大吸附量^{［2， 16］}。

T138具有较高的Sb（V）吸附能力，可能由于其表面分布较丰富的羟基活性位点，且分布较为粗糙，有利于对溶液中Sb（V）的吸附。此外，T138在较低和较高浓度下，均可较好地吸附Sb（V），表明其在实际应用环境中具有更高的应用潜力。表3为3种氧化铁红材料的BET分析结果，3种材料的比表面积均小于10 m²·g^-1。T138平均孔径较大，可能对其Sb（V）吸附能力有促进作用^［17-18］。

表3 氧化铁红材料的比表面积、孔容与孔径对比

Table 3 the specific surface area， pore volume and aperture analysis of iron oxide red

样品	比表面积/（m²·g^-1）	孔容/（cm³·g^-1）	孔径/nm
T110	9.59	0.0343	14.3
T138	5.11	0.0239	18.7
T190	6.49	0.0229	14.1

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2.7　初始pH、离子强度与共存含氧阴离子对吸附的影响

由图8可知，在溶液pH为4~11时，3种氧化铁红材料的Sb（V）吸附量均随pH的增加而减少，且T138的锑吸附量大于其他2种材料。

图8

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图8 溶液初始pH对氧化铁红的Sb（V）吸附效果的影响（温度：298 K，吸附剂投加量：0.1 g·L^-1，接触时间：24 h）

Fig.8 Effect of pH on Sb（V） adsorption by iron oxide red （T=298 K， adsorbents dosage=0.1 g·L^-1， contact time=24 h）

在碱性条件下，3种氧化铁红材料的Sb（V）吸附量较低，这可能与不同pH条件下材料表面电荷变化有关。因为T110、T138与T190的等电荷点分别为9.56、7.68与8.00，且Sb（V）在溶液中主要以SbO $_{3}^{-}$ 形式存在，当溶液pH小于等电荷点时，材料表面电荷为正，对SbO $_{3}^{-}$ 具静电吸附作用，可见氧化铁红材料对Sb（V）的吸附能力相对较强。当溶液pH超过等电荷点时，材料表面电荷为负，与SbO $_{3}^{-}$ 相互排斥，从而阻碍了氧化铁红对Sb（V）的吸附，吸附量急剧减小。3种氧化铁红材料的等电荷点均大于7，表明3种氧化铁红材料在中性实际废水的除锑应用中具有一定潜力。

印染废水成分较为复杂，需进一步探究实际废水中离子浓度与共存含氧阴离子对氧化铁红材料的吸附影响，并讨论除锑机理。以NaCl为背景电解质，在不同离子浓度下测定氧化铁红材料的Sb（V）去除率，结果如图9（a）所示。可知，3种材料的Sb（V）去除率随离子浓度变化较小，仅在较高浓度时轻微抑制Sb（V）吸附，这可能是由于离子浓度高时吸附剂表面电荷减小，SbO $_{3}^{-}$ 受到斥力，有效扩散范围减小，不易被吸附在材料表面^［19-20］。

图9

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图9 溶液离子浓度与共存含氧阴离子对氧化铁红的Sb（V）吸附效果影响（温度：298 K，吸附剂投加量：0.2 g·L^-1，接触时间：24 h）

Fig.9 Effect of ionic strength and coexisting oxoanions on Sb（V） adsorption by iron oxide red （T=298 K， adsorbents dosage=0.2 g·L^-1， contact time=24 h）

本文于200 μg·L^-1的中性模拟废水中添加了实际废水中常见的含氧阴离子，在系列浓度梯度下进行吸附实验。由图9（b）可知，氧化铁红的Sb（V）去除率受PO $_{4}^{3 -}$ 、CO $_{3}^{2 -}$ 以及SO $_{4}^{2 -}$ 影响相对较大，其中PO $_{4}^{3 -}$ 的抑制作用最大。在无共存含氧阴离子情况下，T110、T138与T190的Sb（V）去除率分别可达90.41%、99.44%与65.21%，当PO $_{4}^{3 -}$ 浓度为0.1 mmol·L^-1时，Sb（V）去除率降至10%以下，当PO $_{4}^{3 -}$ 浓度达1 mmol·L^-1时，氧化铁红的Sb（V）去除率均降至5%以下，表明PO $_{4}^{3 -}$ 可能与SbO $_{3}^{-}$ 之间具有强烈的竞争吸附作用，并与氧化铁红形成稳定配合物^［21-22］。

2.8　染料对吸附的影响与不同投加量对实际废水吸附效果

为探究染料对氧化铁红锑吸附性能的影响，选取印染企业的常用染料进行吸附实验。模拟废水中Sb（V）初始浓度为200 μg·L^-1，在添加染料后调节初始pH为7±0.1。

由图10可知，分散蓝对氧化铁红的Sb（V）吸附过程影响最大，这可能与分散蓝表面存在相对较高浓度的胺基（—NH₂）有关。胺基通过取代氧化铁红材料表面的羟基（—OH）位点，并与表面游离态的

图10

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图10 各染料对氧化铁红的Sb（V）吸附效果影响（温度：298 K，吸附剂投加量：0.2 g·L^-1，接触时间：24 h）

Fig.10 Effect of different dyes on Sb（V） adsorption by iron oxide red （T= 298 K， adsorbents dosage =0.2 g·L^-1， contact time= 24 h）

Fe³⁺产生化学配位作用，从而与SbO $_{3}^{-}$ 产生竞争吸附^［23-24］。活性黑的胺基含量相对较小，因此对锑吸附的抑制作用小于分散蓝。3种材料中，T138受染料影响相对较小，具有较好的吸附选择性。

氧化铁红的投加量（0.2、0.3与0.4 g·L^-1）对实际废水的除Sb（V）实验结果如图11所示。实际废水中Sb（V）初始浓度为198 $μ$ g·L $^{- 1}$ ，随着投加量增加，吸附后废水中剩余Sb（V）浓度逐渐减小。当氧化铁水投加量为0.2 g·L^-1时，吸附后Sb（V）浓度均大于100 μg·L^-1，这可能是由于实际废水成分相对复杂，其中的共存阴离子与染料等阻碍了吸附剂对锑的吸附。当投加量增至0.4 g·L^-1时，T110与T138表现较佳，吸附后的Sb（V）出水浓度分别为90.61与92.84 μg·L^-1，Sb（V）吸附效果相似且均可满足达标排放的要求。

图11

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图11 不同投加量的氧化铁红在实际印染废水中的Sb（V）吸附效果

Fig.11 The Sb（V） adsorption performance of iron oxide red with different dosing quantity in practical textile wastewater

T110与T138价格相近，均具有实际应用的潜力。以T110或T138作为吸附剂，对投加量为0.4 g·L^-1时的成本进行简单初步核算后发现，每吨材料可处理约2 500 m³废水，所需成本约为2 700元，即处理每立方米废水所需成本约为1.08元。

2.9　吸附机理分析

观察氧化铁红材料吸附前后的FTIR图谱（图3）发现，3种氧化铁红材料位于1 635~1 640 cm^-1处的峰均发生了一定红移。T110由1 635.29 cm^-1迁移至1 631.99 cm^-1，T138由1 634.23 cm^-1迁移至1 628.42 cm^-1，T190由1 643.12 cm^-1迁移至1 636.21 cm^-1。由于该峰与表面吸附水中羟基变形产生的峰相对应，其位移表明，Sb（V）的吸附机理可能与材料表面的羟基相关^［25］。XPS表征结果表明，氧化铁红表面存在羟基，且T138的O 1s图谱中O—H在O原子中的占比较T110与T190明显高（图4）。这一现象说明，T138具有更多的羟基位点，从而更易与SbO $_{3}^{-}$ 结合，有利于T138去除Sb（V），与T138在模拟废水中较佳的除Sb（V）表现相符。除此之外，各氧化铁红材料在吸附后的XPS图谱中出现的Sb 3d峰，可为Sb（V）在氧化铁红表面形成的配合物提供证据^［26］。HAYES等^［27］通过3层表面络合模型构建外球络合与内球络合模型，研究离子浓度对材料吸附的影响。研究发现，内球络合模型受离子浓度影响较小，外球络合模型中的吸附效果随离子浓度的增大而显著减弱。根据本文结果，氧化铁红的Sb（V）去除率在不同离子浓度下几乎没有变化（图8（a）），表明Sb（V）可能主要以内球配合物Fe—O—Sb的形式与氧化铁红结合。此外，铁氧化物的Sb（V）吸附效果随着溶液pH的增大而变化，直至pH达等电荷点，Sb（V）去除率显著降低，表明存在静电吸附作用。

3　结论

（1）在吸附剂投加量为0.2 g·L^-1，吸附时间为24 h，振荡频率为130 r·min^-1以及温度为25 ℃条件下，用氧化铁红对Sb（V）初始浓度为200 μg·L^-1、pH为7的模拟印染含锑废水进行吸附实验，T138的Sb（V）去除率可达99.44%，除Sb（V）表现最佳。

（2）氧化铁红的Sb（V）吸附动力学行为相对更符合准二级动力学模型。T110与T138的吸附等温线较符合Freundlich模型，T190的拟合结果则与Langmuir模型较符合。

（3） T110与T138均具较大的吸附速率常数与Sb（V）吸附容量，尤其是T138，表明其具有较好的Sb（V）吸附性能与应用潜力。T138含还原态的铁，表面具更丰富的—OH基团，有利于提供更多的吸附活性位点，促进对Sb（V）的吸附。

（4）离子浓度对3种氧化铁红材料的Sb（V）吸附效果影响较小，静电吸附在Sb（V）吸附过程中所起的作用有限。溶液中共存阴离子SO $_{4}^{2 -}$ 、CO $_{3}^{2 -}$ 与PO $_{4}^{3 -}$ 对Sb（V）吸附具有较强抑制作用，高浓度染料也会阻碍氧化铁红对Sb（V）的吸附。

（5）在实际废水中氧化铁红的Sb（V）吸附效果减弱，可能受到了废水溶液中复杂组分的影响，其中T110与T138对实际废水的处理效果较好。

http://dx.doi.org/10.3785/j.issn.1008-9497.2022.02.009

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... ［2， 5-7］.氧化铁红的主要成分为氧化铁（Fe₂O₃），被大量应用于着色，如涂料、颜料等领域^［8-9］.人工氧化铁红制备简便，价格低廉，具有成为较经济的除锑吸附剂的潜力.氧化铁红的制备条件对其表面物化性质有一定影响，因此本文采用3种不同型号的氧化铁红材料进行实验与表征，探究其晶体结构组成与位点分布异同，及其对锑的吸附效果，为合成高效吸附材料提供参考. ...

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