基于殼聚糖和石墨相氮化碳的凈水材料制備及其機理研究.pdf

1、隨著工業(yè)化的不斷發(fā)展和生活水平的逐漸提高，日益嚴重的水污染問題與人們對清潔健康的水體要求之間形成了巨大的矛盾。特別是一些難降解的污染物，給傳統(tǒng)的水處理技術(shù)帶來了極大的挑戰(zhàn)。因而，尋找高效、經(jīng)濟、環(huán)保的新型技術(shù)和凈水材料成為了學者們關(guān)注的焦點。本研究選取天然高分子材料殼聚糖和石墨相氮化碳為研究對象，針對不同的污染物通過改性制備出多種新型凈水材料，并研究了相關(guān)的凈水機理，同時利用磁分離技術(shù)強化材料的分離和回用，從而為綠色凈水材料的實際性應用

2、進行了初步的探索。主要包括以下內(nèi)容:
　　(1)研究了鋁摻雜的殼聚糖鐵凝膠對氟離子的去除性能及吸附機理。相比于單金屬改性材料，該吸附劑表現(xiàn)出更高的除氟能力，也更能抵抗溶液中pH的變化和共存離子的影響。吸附過程符合Langmuir等溫吸附模型，最大吸附容量達到了31.16mg/g。吸附的主要機理為配體交換和離子交換。使用后吸附劑可以通過NaOH和HCl溶液進行快速的脫附再生。
　　(2)提出了一種殼聚糖-鐵交聯(lián)共沉淀制備磁性粉

3、末活性炭的方法，制備過程簡單、綠色，且原料易得廉價。該吸附劑對水中鹽酸四環(huán)素的去除快速且高效，基本不受pH(3～11)、共存離子和幾種常見有機物的影響，其吸附機理主要是吸附劑和吸附質(zhì)的色散相互作用。并且該吸附劑再生方便、適用于不同濃度水平和不同種類抗生素的去除。設(shè)計了一種具有磁分離功能的流化床反應器，可以簡單快速地實現(xiàn)磁性吸附劑對污染物的吸附、與溶液的分離與原位再生。
　　(3)制備了鐵摻雜的石墨相氮化碳/介孔石墨碳類芬頓催化劑，

4、可用于4～10的pH范圍內(nèi)對污染物的高效去除。在中性條件下，40min內(nèi)對酸性紅73染料的催化去除率達到了99.2％，TOC去除率達到了42.9％，降解過程符合準一級動力學模型。通過擬合反應速率常數(shù)和Fe各組分含量之間的關(guān)系，我們得出Fe-N為催化反應主要的活性位點。介孔石墨碳的加入促進了Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)的循環(huán)過程，從而極大地提高了催化劑的催化能力。
　　(4)制備了穩(wěn)定的亞銅-石墨相氮化碳材料，該材料表現(xiàn)出良好的類芬頓催化

5、性能，中性條件下在1h內(nèi)對羅丹明B染料的催化去除率達到了99.2％。在制備過程中，Cu前驅(qū)體自發(fā)地被還原，Cu+因此通過與吡啶N的配位穩(wěn)定地存在于g-C3N4結(jié)構(gòu)中。同時利用XAFS等實驗手段解析出分子中獨特的Cu-N2結(jié)構(gòu)，由于該結(jié)構(gòu)配位不飽和，因此對H2O2的活化表現(xiàn)出了高度的活性。在反應結(jié)束后，Cu的價態(tài)和配位結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生明顯的變化，表明該亞銅材料具有較高的穩(wěn)定性。
　　(5)利用石墨代替先前研究中價格昂貴的介孔石墨碳，并結(jié)

6、合殼聚糖-鐵交聯(lián)共沉淀的方法制備出磁性鐵摻雜石墨相氮化碳/石墨復合材料。制備過程中不同的載體會對催化劑的形貌、活性位點等產(chǎn)生很大的影響。與活性炭和SBA-15相比，石墨的引入不僅能增加Fe-N活性位點的數(shù)量，同時也會通過與石墨相氮化碳的電子相互作用提高電子傳遞速率，從而增加催化劑的反應活性。該催化劑對水中雙酚A的催化去除表現(xiàn)出了較高的活性、較好的穩(wěn)定性和循環(huán)使用性能，并且通過外加磁場，可以將其迅速地從水中分離，使得該材料在水處理中擁有廣