中交第二公路勘察设计研究院有限公司肖勇：不同晶型二氧化锰去除孔雀石绿的研究

文章来源： 《工业水处理》2022年第8期

第一作者 ：肖勇

通讯作者 ：郝慧茹

合作单位 ：武昌首义学院城市建设学院；武汉理工大学土木工程与建筑学院

 

三苯甲烷类染料具有稳定性强、不易褪色等特点，广泛用于印染、造纸、食品、化妆品等行业。孔雀石绿（MG）是此类染料的代表。但 MG 在一定程度上会导致生物染色体断裂，有“三致”风险，对生态环境造成破坏，同时威胁人类健康。

锰及其氧化物在地壳中的含量丰富，且成本低、毒性小，应用前景广阔。MnO ₂ 具有 α、β、γ、ρ、δ 等多个晶型，这些晶型有开放的通道结构，便于化合物迁移，还可诱导氧化还原反应的发生。

基于此，本文采用水热合成法，通过控制 K ⁺ 浓度得到3种不同晶型的二氧化锰（α-MnO ₂ 、β-MnO ₂ 和δ-MnO ₂ ）。通过SEM、XRD等手段分析三种晶型的差异所在，针对 δ-MnO ₂ 体系中去除孔雀石绿的影响因素，如 pH 、污染物初始质量浓度进行分析讨论。在此基础上，对δ-MnO ₂ 对孔雀石绿的吸附行为进行拟合。

锰及其氧化物在地壳中的含量丰富，且成本低、毒性小，应用前景广阔。

孔雀石绿是三苯甲烷类的代表性染料，因颜色为绿色晶体，酷似孔雀石而得名，属于人工合成的染料，应用于水产养殖业，以及食品添加剂、医疗消毒剂、丝绸、皮革、棉花、造纸等行业。由于孔雀石绿许多水生和陆生动物均有剧毒，严重破坏生态环境，给人类健康带来潜在威胁。大量临床报道和实验表明孔雀石绿会造成肝脏、脾脏、肾脏和心脏的损害。孔雀石绿价格低廉且易于使用，缺乏合适的替代品，因此在世界许多地方仍在使用。

锰及其氧化物在地壳中的含量丰富，且成本低、毒性小，应用前景广阔。MnO ₂ 具有多个晶型，这些晶型有开放的通道结构，便于化合物迁移，还可诱导氧化还原反应的发生。鉴于 MnO ₂ 具有上述特性且对环境友好，许多研究团队采用MnO ₂ 高效催化材料对废水进行净化处理。 

材料的结构形貌与其物理化学性质相关，晶型不同时对污染物的去除能力也有所差异。笔者采用水热合成法制备了不同晶型的二氧化锰（α-MnO ₂ 、β-MnO ₂ 、δ-MnO ₂ ）并进行表征，评价了3种晶型二氧化锰对 MG 的去除效果。

结果发现，3种晶型的 MnO ₂ 对200 mg/L MG 有较好的去除能力，其去除率由大到小依次为δ-MnO ₂ >β-MnO ₂ >α-MnO ₂ 。

选取δ-MnO ₂ 进行接下来的研究，发现随着MG初始质量浓度的提高，MG去除率呈下降趋势。δ-MnO ₂ 对MG 的吸附热力学行为更符合 Langmuir 吸附等温模型，即该吸附过程属于单层吸附，即δ-MnO ₂ 表面的吸附位点分布均匀。δ-MnO ₂ 对MG 的吸附行为更符合准二级动力学模型，即吸附速率受化学吸附机理的控制。

不同晶型和不同形貌的二氧化锰对污染物的去除能力有所不同，因此研究不同晶型和不同形貌的二氧化锰处理染料废水中的污染物具有重要意义。今后将根据晶型差异进行更加深入的机理探究。

第一作者 ：肖勇，高级工程师，硕士。E-mail：48759662@qq.com。

通讯作者 ：郝慧茹，助教，硕士。E-mail：1094290146@qq.com。