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层级结构氧化物的制备及其性能研究

李中付  
【摘要】:伴随着工业现代化速度的迅猛提升,工厂排放的包含重金属离子和有机染料的废水也逐步增加,将会给生态系统和人类生存健康带来严重的污染和危害。如果这些有毒污染物不能够得到及时有效的处理,将会阻碍工业生产以及人类的生存和发展。吸附法具有低成本、低能耗、处理量大、无二次污染、工艺廉价等优点,而被广泛研究和应用,是一种有效的的污水治理方法。本文围绕γ-AlOOH和γ-Al_2O_3材料的制备与吸附能力检验两方面展开了研究。不仅制备了形貌独特、性能突出的微/纳米材料,也研究了其对Cr(VI)离子以及刚果红染料溶液的吸附性能,得到了一些创新性的结果,具体成果如下:(1)通过添加Al_2(SO_4)_3作为Al~(3+)源,尿素作为沉淀剂和pH调节剂,CTAB作为造孔剂通过一步水热法成功制备了层级结构γ-AlOOH和γ-Al_2O_3空心结构材料,并研究了所制备的样品对刚果红染料溶液的吸附性能。实验结果表明:只有以Al_2(SO_4)_3作为Al~(3+)源才能够合成层级空心结构AlOOH;以CTAB为分散剂和造孔剂采用分级加热方式制备的样品颗粒大小均一、分散性好。样品对刚果红溶液的吸附实验表明:吸附过程适合Langmuir单层吸附理论,对刚果红溶液具有极高的吸附能力,最大吸附量为q_(max)=416.50mg/g,能够实现快速、高效的吸附效果。经过高温煅烧后可以实现脱附过程,样品的重复使用性能良好。这些奇异的特性表明,多级空心γ-AlOOH和γ-Al_2O_3可以作为新型、高效、快捷的吸附剂从废水中去除有机污染物。(2)通过三步法完美地合成了Fe_3O_4@γ-AlOOH具有磁性的吸附材料,并将其应用于对Cr(Ⅵ)离子吸附研究。研究结果表明:在水热实验过程中SiO_2过渡层被刻蚀掉,使材料内部为中空环状结构,样品表面为由纳米片穿插而成的层级结构,孔道数量丰富,比表面积较大,磁性性能较好。在最佳吸附条件下,对于40mg/L的样品能够在20min左右即可实现最高吸附效果(qmax=34.23mg/g),具有响应迅速、吸附速率高、吸附容量大的优点。Cr(Ⅵ)在样品表面的吸附拟合结果表明该吸附过程符合Langmuir单分子层吸附模型,主要是通过静电吸附、离子交换以及氧化还原三种途径实现。


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