介绍
四氧镍酸二铁（Iron-NickelOxide）具有磁性与表面化学活性，易磁分离、化学稳定性好及表面位点可调，是一款性能优异的磁性吸附材料，可在复杂水体环境中高选择性吸附Cr(VI)，并且具有可重复利用的优点。
图一四氧镍酸二铁
铁镍氧化物磁性吸附剂
将13.5gFeCl₃・6H₂O与7.27gNi(NO₃)₂・6H₂O溶解于200mL去离子水中，机械搅拌下缓慢滴加2mol/LNaOH溶液至pH=9.0，生成棕红色复合沉淀；沉淀经抽滤、去离子水多次洗涤后，于100℃下煅烧16h至恒重；煅烧产物研磨过200目筛，依次用甲醇和去离子水冲洗，最后用0.4T钕铁硼磁铁进行磁选，得到组成为四氧镍酸二铁的磁性吸附剂颗粒。该制备方法无需高温高压设备，原料易得，且产物具有良好的磁响应性，可通过外加磁场实现与废水的快速固液分离。
对Cr(VI)的高选择性吸附性能
四氧镍酸二铁的核心优势在于其对Cr(VI)的极高选择性，即使在Ni(II)大量共存的体系中，仍能高效吸附Cr(VI)而几乎不吸附Ni(II)。
共存离子的干扰效应
在pH=5.0±0.02、Cr(VI)与共存离子浓度相等的条件下，无竞争离子时，Cr(VI)去除率高达97.70%；Ni²+、Cu²+、Cd²+、Ca²+、Mg²+等阳离子及SO₄²⁻、Cl⁻、NO₃⁻、F⁻等阴离子对吸附几乎无干扰，Cr(VI)去除率仍保持在95.00%~97.70%；仅HPO₄²⁻和H₂PO₄⁻会显著抑制吸附，使Cr(VI)去除率降至65.01%，原因是磷酸根与铬酸根结构相似，会竞争吸附剂表面的活性位点。共存离子影响顺序为：HPO₄²⁻≈H₂PO₄⁻>F⁻≈SO₄²⁻≈Cl⁻≈NO₃⁻>所有测试阳离子。
图二 共存离子的干扰效应
吸附等温线特征
采用Langmuir和Freundlich等温线模型拟合不同总溶解固体（TDS）条件下的吸附数据，结果显示Langmuir模型拟合度更高（R²>0.99），表明Cr(VI)在四氧镍酸二铁表面为单分子层吸附。TDS<200mg/L时，最大单分子层吸附容量达29.326mg/g；随着TDS升高，吸附容量逐渐下降：TDS=1200mg/L时为26.525mg/g，TDS=30000mg/L时降至6.0mg/g左右；所有条件下的分离因子RL均在0~1之间，说明Cr(VI)在铁镍氧化物上的吸附是有利过程。吸附过程中Ni(II)的浓度不仅没有降低，反而略有上升，这是因为铬酸根阴离子与吸附剂表面的羟基镍发生离子交换，释放出Ni²+，从根本上保证了铬镍的高效分离。
图三 吸附等温线特征
吸附机理
吸附能E为10.310~15.810kJ/mol，符合离子交换反应的能量范围。pH=4~6时，Cr(VI)主要以HCrO₄⁻形式存在，与吸附剂四氧镍酸二铁表面的羟基（-OH）发生阴离子交换，释放出OH⁻，导致溶液pH升高至6.20~6.45。低离子强度下，吸附能升至21.321kJ/mol，Cr(VI)与吸附剂表面的金属羟基形成更稳定的表面络合物。吸附后，能谱中出现Cr的特征峰（5.4keV），红外光谱中新增铬酸根的特征吸收峰（926cm⁻¹和422cm⁻¹），直接证明了Cr(VI)已结合到四氧镍酸二铁表面。
图四 吸附前后的能量谱图
再生与循环利用性能
四氧镍酸二铁具有优异的再生性能，采用0.1mol/LNaOH溶液作为解吸剂，每次解吸1h，连续两次解吸即可将吸附的Cr(VI)完全洗脱。解吸后的吸附剂经去离子水洗涤至中性、干燥后，可重复使用。连续4次吸附-解吸循环实验表明，铁镍氧化物对Cr(VI)的吸附容量几乎保持不变，说明其表面无不可逆吸附位点。同时，解吸液中的Cr(VI)以Na₂CrO₄的形式存在，可直接回收利用[1]。
图五 循环稳定性
参考文献
[1]Wei L ,Yang G ,Wang R , et al.Selective adsorption and separation of chromium (VI) on the magnetic iron–nickel oxide from waste nickel liquid[J].Journal of Hazardous Materials,2008,164(2-3):1159-1163.DOI:10.1016/j.jhazmat.2008.09.016.