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《江西理工大学》 2018年
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多孔MgO吸附材料的可控合成及其吸附行为研究

苏琪  
【摘要】:如何有效去除污水中的有机染料及重金属离子已成为广大科研工作者所努力的方向之一。传统吸附剂材料具有有效比表面积不高、饱和吸附量低、吸附速率慢等共性问题,因此制备出具有高比表面积、高饱和吸附量、较高吸附速率的吸附剂具有重要意义。本文采用喷雾干燥法及模板法制备比表面积大、饱和吸附量大的MgO吸附材料。采用喷雾干燥法制备出纳米MgO粉末,并系统研究了热处理温度对粉体的形貌、比表面积、吸附性能等的影响。随着热处理温度的升高,纳米MgO的比表面积降低,平均孔径增大、吸附性能下降。当热处理温度为400 ~oC获得物相纯净的MgO,其比表面积为140.5 m~2·g~(-1),孔径为7.6 nm。其对刚果红、Pb~(2+)和Cd~(2+)具有良好的吸附性能,满足Langmuir等温吸附模型以及准二级吸附动力学模型,对刚果红、Pb~(2+)和Cd~(2+)的饱和吸附量分别为1480 mg·g~(-1),5211 mg·g~(-1),2419 mg·g~(-1)。纳米MgO吸附刚果红后具有良好的再生性能,经过5个循环,对刚果红去除率为84%。揭示了纳米MgO吸附剂对有机染料刚果红及重金属离子Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附机理,MgO与刚果红溶液之间的吸附机理是离子间的静电作用,属于物理吸附。MgO对Pb~(2+)和Cd~(2+)的吸附机制是静电作用及离子交换。其中离子交换是由于溶液中的Pb~(2+)和Cd~(2+)替代了MgO晶格中的Mg~(2+)。以三嵌段共聚物F127作为模板剂,制备出有序介孔MgO材料。系统研究了陈化时间,相对湿度,镁盐添加量对其有序性、孔径、比表面积等的影响。陈化时间小于24 h,无法形成有序介孔结构;而随着镁盐添加量提高,有序介孔MgO材料的比表面积降低,孔径增大,吸附性能提高。在相对湿度为40%RH,硝酸镁添加量为0.4 g,陈化36 h条件下制备的有序介孔MgO材料比表面积为382.5 m~2·g~(-1),平均孔径为3.8 nm,孔体积为0.37 cm~3·g~(-1)。对刚果红,Pb~(2+)和Cd~(2+)的饱和吸附量分别为3004.6 mg·g~(-1)、3073.5 mg·g~(-1)和1485.1 mg·g~(-1)。有序介孔的形成是在酚醛树脂的协同作用下,与金属离子通过螯合作用结合,同时与F127的亲水嵌段PEO通过氢键作用结合,形成酚醛树脂与硝酸镁复合物围绕在F127模板的PEO周围的胶束,并且随着溶剂挥发,曲率减小,胶束收缩聚拢发生自组装形成有序排列,在氮气气氛下焙烧,将模板剂去除,得到有序介孔结构。
【学位授予单位】:江西理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TQ424

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