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《安徽大学》 2015年
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磁性氧化硅/壳聚糖微纳结构复合材料的合成及对Hg~(2+)的去除

张显  
【摘要】:近年来,由于磁性微纳结构复合材料具有独特的结构以及优异的功能特性,已引起科研人员的广泛关注。如何设计和制备出具有独特功能的微纳结构复合材料并将其应用到水污染物的去除,是当前研究的一个重大挑战。本论文针对Hg2+污染的去除问题,合成了具有大比表面积、强吸附作用、易磁回收和高再生能力的磁性介孔氧化硅复合材料和磁性壳聚糖微球复合材料。主要研究内容和结果如下:1.采用一步溶剂热法成功合成了磁性壳聚糖微球(Fe304@CS),利用XRD,TEM, TGA, DSC, FTIR和VSM等技术对产物进行表征。结果表明,磁性壳聚糖微球尺寸在220-250nm之间且具有很高的饱和磁化强度(38.5emu/g),该球体是由壳聚糖包覆四氧化三铁小品粒堆积而成的,且四氧化三铁小品粒尺寸在10nm左右;随着壳聚糖含量的增加,样品的饱和磁化强度与单分散性降低。考察了Fe3O4@CS中不同配比的壳聚糖含量对Hg2+的吸附性能,最优制备的Fe3O4@CS对Hg2+的最大吸附量达到083mmol/g,其对Hg2+的吸附能力归因于样品表面暴露官能团的数量及单分散性的协同影响。通过动力学吸附实验,吸附剂在1 0min内即可达到吸附平衡,表明该吸附剂具有快速的吸附能力。同时吸附剂与本体溶液可通过外加磁场进行高效、快速分离,吸附剂吸附的Hg2+很容易被乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)洗脱,因此该吸附剂具有良好的循环再生能力。2.以磁性碳(Fe3O4/C)微球为模板,合成了装载有磁性纳米颗粒的空心介孔二氧化硅微球(HMSMCs),再通过3-巯基丙基三甲氧基硅烷(MPTS)表面修饰,最终得到一种巯基修饰的磁性空心介孔二氧化硅微球(SH-HMSMCs)。通过对微球进行表征分析,结果表明,该微球的直径约为250-300nm,其结构包括介孔二氧化硅外壳,内层的四氧化三铁颗粒以及中空的空腔:氧化硅壳厚度约为5Onm,Fe3O4纳米颗粒尺寸为10-12nm。因于巯基官能团与Hg2+的路易斯酸碱作用以及其独特的孔通道的协同作用,使得这种超顺磁性空心介孔二氧化硅微球对Hg2+表现出极高吸附容量和选择吸附特性,并对低浓度的Hg2+表现出超强亲和力,其最低吸附限达0.53ppb,低于国家饮用水Hg2+含量排放标准(小于lppb)。用磁铁回收后的吸附剂在盐酸溶液中处理,吸附的Hg2+与吸附剂易于发生脱附作用,5次循环吸附-脱附循环后的吸附剂对Hg2+的去除率仍高达80%以上。如此优异的性能,使得巯基修饰的磁性空心介孔二氧化硅微球复合材料有望作为一种很好的Hg2+吸附除污剂。
【学位授予单位】:安徽大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TQ314.1;TB33

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