人类的一系列活动制造并排放了大量的污染物,造成水资源危机日益严重。其中,水体重金属污染尤为严重。重金属不能被生物有效降解,一旦进入到水体中或者土壤中就很难被清除。重金属不仅会污染环境,还会引发各种疾病,直接或间接造成人类健康问题。磁性材料一般具有较高的饱和磁化强度,能够进行快速有效地固液分离,避免发生二次污染,因此在环境修复领域越来越受到关注。磁性核一般有铁酸盐材料(MFe₂O₄,M=Fe、Mn、Cu、Zn、Co等),磁赤铁矿(γ-Fe₂O₃)等。与其他MFe2O4铁氧体材料相比,MnFe2O4具有更好的生物相容性和低毒性。此外,纳米结构的MnFe2O4在不同的毒性试验中均未显示出毒性效应。因此,MnFe₂O₄是一种较好的去除水溶液中重金属离子的改性基材。本研究选用MnFe₂O₄作为磁性核,使用磁性裸核以及用有机物、无机物对其进行修饰改性,进一步提高材料去除重金属的能力。以As(Ⅴ)和Cr(Ⅳ)作为目标重金属污染物,使用一系列表征、测试方法以及相关单因素吸附实验,对材料性质及材料对重金属的去除机制进行综合深入的探究。本论文的主要研究内容和结果如下:(1)研究了不同溶剂对合成MnFe₂0₄的形貌结构差异,并将其用于As(Ⅴ)和Cr(Ⅵ)的去除,探究了其去除重金属的性能差异。通过透射电子显微镜、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、Brunauer-Emmet-Teller法、Zeta电位测试、振动样品磁力仪和X射线光电子能谱对合成的不同吸附剂进行表征。MnFe₂O₄-H₂O、MnFe₂O₄-EG对As(V)和Cr(Ⅵ)的吸附更符合Freundlich模型,而MnFe2O4-MA对As(V)和Cr(Ⅵ)的吸附更符合Langmuir模型。根据 Langmuir 模型,计算出 MnFe2O4-H₂O、MnFe₂O₄-MA、MnFe2O4-EG 对 As(Ⅴ)的最大理论吸附量分别为15.80、34.24、23.72 mg g-1,对Cr(Ⅵ)的最大理论吸附量分别为4.35,11.57,13.69 mg g-1。MnFe₂O₄-MA 对 As(V)的吸附量明显优于其他两种材料,MnFe₂O₄-EG对Cr(Ⅵ)的吸附量稍优于另两种材料。MnFe₂O₄-H₂O、MnFe₂O₄-MA、MnFe₂O₄-EG对As(Ⅴ)和Cr(Ⅵ)的吸附都符合准二级模型,且MnFe2O4-MA有最快的初始吸附速率。根据热力学实验计算得到的相关参数数值表明三种吸附剂对As(Ⅴ)和Cr(Ⅵ)的吸附都是吸热反应,只有MnFe₂O₄-MA对As(Ⅴ)的吸附反应是自发的。FT-IR和XPS结果表明,MnFe₂O₄-MA表面具有较多的羟基官能团以及三价铁离子,在As(Ⅴ)的去除过程中起到了重要作用。因此,在三种吸附剂中,MnFe₂O₄-MA对As(Ⅴ)有最好的去除效果,而MnFe₂O₄-EG的羰基在对Cr(Ⅵ)的去除过程中也起到了一定的作用。(2)使用简便的水热法制备磁性材料MnFe₂O₄,并用聚乙烯亚胺(PEI)对其进行修饰用于水中Cr(Ⅵ)的去除。进行了 PEI负载量、pH值、吸附剂投加量等单因素影响实验以及吸附等温线和吸附动力学研究。MnFe₂O₄、MnFe₂O₄@PEI均符合Langmuir和准二级吸附动力学模型。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱对MnFe₂O₄、MnFe₂O₄@PEI两种材料进行表征。实验结果表明,MnFe₂O₄@PEI对Cr(Ⅵ)有更好的去除效果。由于MnFe₂O₄具有较强的磁性,通过外加磁场的方式能够使其快速的实现固液分离。(3)以Na₂S为硫源,采用一步溶剂热法制备了硫掺杂的MnFe2O4,并用其去除水体中的Cr(Ⅵ)。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、Brunauer-Emmet-Teller法、Zeta电位测试、振动样品磁强计、X射线光电子能谱等对修饰前后材料进行表征。pH=3时,MnFe2O4/FeSx-0.5对Cr(Ⅵ)的吸附量为 43.36mgg-1,约为 MnFe2O4(8.90mg g-1)的 5 倍。MnFe2O4/FeSX-0.5和 MnFe2O4较好地符合Freundlich和准二级动力学模型。电化学测试分析结果表明,MnFe2O4/FeSx比MnFe2O4具有更快的电子转移速率和更高的电子转移容量,从而促进Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)。该结果可以归因于硫元素的电负性比氧元素低。此外,通过硫掺杂形成额外的FeSx从而形成了复合材料MnFe2O4/FeSx,进一步提高了材料对Cr(Ⅵ)的去除能力。XPS和解吸结果显示,80%以上的Cr(Ⅵ)被还原为Cr(Ⅲ),表明还原是Cr(Ⅵ)去除的主要机理。