图1 原粉煤灰和改性粉煤灰SEM分析图
Figure 1 SEM micrographs of raw fly ash and fly ash modified by alkali
铁、锰是构成地壳的重要元素，广泛存在于矿物岩石中，因此，不少地区的地下水中含有过量的铁、锰矿物质，不符合工农业生产和人民生活的要求。另外，在煤矿开采过程中，地下水会随之进入井巷或工作面形成矿井废水，经氧化作用后形成酸性废水，常年向外排放造成水体、土壤严重污染。目前，常规的除铁、锰方法有自然氧化、混凝沉淀、空气氧化接触过滤法均存在工艺复杂、运行不稳定且成本和管理费用高等不足。粉煤灰作为一种来源广、成本低的吸附材料，其化学成分是硅、铝氧化物和其他活性金属化合物，氧化物表面存在大量表面羟基，可通过络合、离子交换及化学键合等机理结合金属离子。
本研究在恒温(25±1°C)条件下采用批量吸附实验，设置振荡时间、粉煤灰投入量、初始浓度等参数的变化，研究碱改性粉煤灰对水体中共存Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)的去除效果。相关结果将为粉煤灰应用于去除水体中铁、锰和其他金属阳离子提供参考。
结果表明，改性粉煤灰对Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)去除效果显著增强，Fe(Ⅲ)的去除率从66.54%增加到98.44%，Mn(Ⅱ)的去除率从19.2%增加到99.05%，说明粉煤灰的粒径、比表面积和化学组成对去除效果有直接的影响，碱的加入增强了粉煤灰结合金属离子的位点和表面活性，明显提高了其对金属离子的吸附和离子交换性能。改性粉煤灰对水体中共存Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)的最佳振荡时间为8h，去除率分别达99.39%、98.97%，最大吸附量分别为4.8mg·g-1和0.81mg·g-1，8h后Fe(Ⅲ)发生解吸，去除率下降。在振荡时间为8h时的最佳投入量为10g·L-1，去除率分别99.12%、99.07%。投入量大于10 g·L-1时，Fe(Ⅲ)去除率有所下降。改性粉煤灰对Fe(Ⅲ)的去除率随初始浓度升高逐渐升高，初始浓度大于96mg·L-1后去除率趋于稳定，Mn(Ⅱ)的初始浓度在0.5~8mg·L-1时，去除率保持在80%以上，当初始浓度大于8mg·L-1时，去除率随初始浓度升高呈现显著的下降趋势。改性粉煤灰对水体共存Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)的吸附过程拟合动力学方程的结果是Mn(Ⅱ)的吸附符合准二级吸附动力学方程，K=29.43(g·mg-1·h-1)，R2=1。
相关研究成果已发表在中文核心期刊《农业环境科学学报》上：王姣姣,崔岩山,白帆,陈苗.改性粉煤灰对水体中铁锰的去除效果研究[J].农业环境科学学报,2013,32(3):635-640
