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《兰州大学》 2012年
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磁性功能纳米材料的制备及其在环境污染物去除中的应用

欧倩倩  
【摘要】:近年来,随着人口的不断增长和工业的发展,废水排放及其引起的污染已成为世界的重大环境问题。吸附法处理水污染主要利用吸附材料较大的比表面积、较高的表面能、对污染物较强的吸附能力,从而将污染物从水中吸附分离去除,达到水体净化的目的。但普通的吸附剂存在着不易与吸附质分离、使用寿命短、再生困难,使吸附法的实际应用受到了很大限制。鉴于磁性功能材料具有易分离、吸附性能可调等优点,本文在前人工作的基础上合成了三种磁性功能纳米材料并将它们用于处理废水中的铅离子、4-烷基苯磺酸钠表面活性剂和亚甲基蓝染料,并研究了它们的吸附机理。本论文主要包括以下四个部分: 第一章:综述了重金属离子、表面活性剂和染料的危害及处理方法,并简单介绍了磁性纳米材料的性质及制备方法。 第二章:以Fe3O4@SiO2为自身模板,通过简便的化学转换方法合成了Fe3O4@MgSiO3亚微球,并利用透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、振动样品磁强计(VSM)和N2吸附-解吸附等手段对其进行了表征。结果表明,Fe3O4@MgSiO3亚微球的平均直径为240nm,具有高的超顺磁性(34.5emu/g)和大的比表面积(458.7m2/g)。该材料对Pb2+、Cu2+、Cd2+、Cr3+、Ni2+和C02+等离子都具有强的吸附去除能力。以Pb2+为模板离子,评价了Fe304@MgSiO3对重金属离子的吸附特性,并详细研究了溶液pH值、平衡时间、初始金属离子浓度等实验条件对吸附性能的影响。Fe3O4@MgSiO3对Pb2+的吸附符合准二级(Pseudo-second-order)动力学模型和Langmuir等温吸附模型,最大吸附量为242.1mg/g。此外,可以采用NaOH溶液或含Mg2+的溶液作为解吸剂,以提高Fe3O4@MgSiO3亚微球的重复利用性能。 第三章:合成了聚苯胺包裹的Fe3O4纳米颗粒(Fe3O4@PANI),并利用TEM、FT-IR、VSM等对其进行了表征。以4-正八烷基苯磺酸钠(表面活性剂的一种)为模型,详细考察了溶液pH、振荡时间、4-正八烷基苯磺酸钠的浓度等因素对吸附性能的影响,并对吸附的动力学特征和等温吸附特性进行了评价。当用氨水进行解吸附再生时,效果良好,表明Fe3O4@PANI具有很好的重复利用性能。 第四章:本实验以Fe304@Si02为模板,通过简便的化学方法合成了磁球为核、硅酸镍为壳的Fe3O4@NiSiO3亚微球。对材料的形貌、结构和磁性进行了TEM、FT-IR、VSM等表征。研究了溶液pH、振荡时间、亚甲基蓝初始浓度对吸附的影响。Fe3O4@NiSiO3对亚甲基蓝的吸附动力学数据较好地符合二级动力学方程,表明化学吸附是该吸附过程中的速控步骤。Langmuir模型能较好地拟合Fe3O4@NiSiO3对亚甲基蓝的等温吸附数据,表明吸附剂的表面是均一的,且亚甲基蓝是以单分子层的形式吸附在吸附剂表面。
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