磁性納米材料去除水中有毒污染物的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著社會的進(jìn)步，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類活動使水資源不斷惡化。成千上萬的有機(jī)、無機(jī)和生物污染物直接或間接地對人類的健康造成危害。因此，研究如何去除水中有毒污染物具有重要的意義。磁性納米材料同時(shí)擁有納米材料的比表面積大、吸附能力強(qiáng)的優(yōu)勢和磁性材料的易于磁分離能力，在科學(xué)研究的許多領(lǐng)域都有很大的應(yīng)用前景。因此，開發(fā)經(jīng)濟(jì)高效的磁性納米材料處理水中的有毒污染物是極其重要的。我們制備了幾種磁性納米材料，并較為系統(tǒng)地探索了它們對水中幾種典型的有毒污染物的吸

2、附和降解行為，通過考察各項(xiàng)因素對磁性納米材料的吸附行為和降解過程的影響，選擇最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)條件，從而實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物進(jìn)行高效去除的目的。主要研究結(jié)果簡述如下:
　　 (1)基于鐵酸鉍磁納米粒子具有類似過氧化氫酶的性質(zhì)，能夠提高過氧化氫的催化氧化能力，我們建立了一種類似Fenton試劑原理的化學(xué)催化降解染料污水的方法。本實(shí)驗(yàn)通過溶膠-凝膠法成功合成了鐵酸鉍磁性納米粒子(BiFeO3MNPs)，X-射線衍射結(jié)果表明，得到的BiFeO3具有高

3、度結(jié)晶和單相鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。將其用于催化過氧化氫降解偶氮染料甲基橙(MO)的研究，并詳細(xì)探討了各因素對MO的去除率的影響;研究結(jié)果表明，在不調(diào)節(jié)溶液pH值的情況下，當(dāng)BiFeO3MNPs濃度為1.0g/L，過氧化氫濃度為0.2mol/L，超聲時(shí)間為1min，溫度為30℃，反應(yīng)時(shí)間為24h時(shí)對MO的去除率可達(dá)到90％。
　　 (2)以廉價(jià)和環(huán)境友好的鐵鹽及Grass為原料，我們采用水熱合成法成功制備了Fe3O4/Grass納米復(fù)合材料

4、，通過FT-IR、XRD、TEM、SEM等各種手段對其進(jìn)行了表征，并利用Fe3O4/Grass納米復(fù)合物具有催化增強(qiáng)過氧化氫的氧化能力，以此來降解水中典型的有機(jī)染料亞甲藍(lán)(MB)。該納米復(fù)合物的合成方法簡單、綠色、高效;另外，我們詳細(xì)考察了磁性納米復(fù)合物的濃度、過氧化氫濃度、溶液pH值和溫度等因素對MB去除率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)以Fe3O4/Grass作為過氧化物模擬酶催化劑、H2O2作為氧化劑時(shí)，MB可在較寬的pH范圍(2-10)

5、內(nèi)被有效去除。在不調(diào)節(jié)溶液pH值的情況下，當(dāng)Fe3O4/Grass納米復(fù)合物的濃度為1.0g/L，過氧化氫濃度為0.4mol/L，溫度為30℃，MB在3h之內(nèi)可以100％去除。另外，我們還發(fā)現(xiàn)Fe3O4/Grass磁性納米復(fù)合物可以重復(fù)使用并且具有磁性易分離的優(yōu)點(diǎn)。
　　 (3)我們采用簡單的水熱過程成功制備出氮摻雜的磁性碳納米材料(MCNMs)，本合成方法中廢棄的雞蛋殼膜不僅提供碳源，同時(shí)還作為還原劑與己二胺協(xié)同還原鐵離子為四

6、氧化三鐵，己二胺是主要的氮摻雜劑;利用TEM、FT-IR、XRD、XPS、BET比表面等分析手段對其進(jìn)行了詳細(xì)的表征，并研究了其對水溶液中Cr(Ⅵ)的吸附去除性能。MCNMs表面含有氨基，對Cr(Ⅵ)的表現(xiàn)出優(yōu)越的吸附性能。MCNMs對Cr(Ⅵ)的吸附過程符合Langmuir吸附等溫式和準(zhǔn)二級動力學(xué)，實(shí)驗(yàn)得到的最大吸附容量為350mg/g。通過對吸附Cr(Ⅵ)前后的吸附劑進(jìn)行XPS和XRD分析，發(fā)現(xiàn)有一部分Cr(Ⅵ)被還原成Cr(Ⅲ)，