磁性復(fù)合微納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑及其對(duì)金屬離子的去除研究.pdf

1、社會(huì)的進(jìn)步和工業(yè)化的進(jìn)程導(dǎo)致生態(tài)和環(huán)境被嚴(yán)重破壞，對(duì)水資源，人類以及生物的健康造成嚴(yán)重的安全隱患。重金屬是環(huán)境污染物中最常見(jiàn)的一類，然而環(huán)境中潛在的重金屬離子通常和有機(jī)污染物共存于污染廢水中，導(dǎo)致降低廢水中的重金屬離子的濃度更具有挑戰(zhàn)性。開(kāi)發(fā)高效吸附材料變得十分重要。本文針對(duì)廢水中重金屬離子的去除有目的性的分別采用了共沉淀方法，水熱方法和H2/Ar低溫等離子體技術(shù)合成了三種快速高效吸附材料，即GO/Fe3O4，F(xiàn)e3O4/PDA/LDH

2、(簡(jiǎn)稱MPL)和NZVI/rGOs復(fù)合材料。這三種材料結(jié)合了石墨烯以及多巴胺和LDH對(duì)重金屬離子的高吸附性能和磁性氧化鐵以及零價(jià)鐵的磁分離性能，對(duì)重金屬離子和共存有機(jī)污染物具有良好的去除性能和循環(huán)再利用性能。我們利用批實(shí)驗(yàn)技術(shù)還研究了一般溶液環(huán)境，如溶液pH，背景電解質(zhì)離子種類以及離子強(qiáng)度，接觸時(shí)間，磁性納米復(fù)合材料的用量和環(huán)境溫度對(duì)這三種材料去除重金屬離子性能的影響。此外我們還研究了體系中共存有機(jī)物，如天然有機(jī)大分子FA，染料MO和C

3、R對(duì)重金屬離子在材料上作用的影響。再此基礎(chǔ)上我們利用XPS，XRD，F(xiàn)TIR等表征手段對(duì)重金屬離子在這三種材料上的吸附去除機(jī)理進(jìn)行了研究。這些研究成果對(duì)研發(fā)新型高效吸附劑材料和探究這些吸附劑材料在水體環(huán)境中的實(shí)際應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。
　　論文主要結(jié)果如下:
　　1)利用改良的Hummers方法和共沉淀技術(shù)合成了GO/Fe3O4復(fù)合材料，并利用SEM，TEM，Raman，F(xiàn)TIR和XPS等手段對(duì)GO/Fe3O4進(jìn)行了表征。

4、將GO/Fe3O4作為吸附劑去除廢水中的Cu(Ⅱ)和天然有機(jī)大分子FA?？疾炝巳芤簆H，離子強(qiáng)度，接觸時(shí)間，F(xiàn)A或者Cu(Ⅱ)初始濃度，GO/Fe3O4的用量和FA或者Cu(Ⅱ)的添加順序?qū)A或者Cu(Ⅱ)在GO/Fe3O4上吸附行為的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Cu(Ⅱ)在GO/Fe3O4上的吸附受溶液pH的影響，但是離子強(qiáng)度并不影響其吸附效率，這表明GO/Fe3O4對(duì)Cu(Ⅱ)的吸附主要是內(nèi)層表面絡(luò)合而不是離子交換或者外層表面絡(luò)合機(jī)理。在

5、FA和Cu(Ⅱ)共存的體系中，低體系pH時(shí)，F(xiàn)A的存在將促進(jìn)Cu(Ⅱ)在GO/Fe3O4上的吸附。當(dāng)溶液pH大于一定值時(shí)，F(xiàn)A的存在導(dǎo)致Cu(Ⅱ)在GO/Fe3O4上的吸附率降低。但是在二組分共存的體系中，Cu(Ⅱ)的存在導(dǎo)致FA在GO/Fe3O4上的吸附增強(qiáng)。GO/Fe3O4吸附FA后將對(duì)GO/Fe3O4的表面進(jìn)行改性有助于吸附Cu(Ⅱ)。FA或者Cu(Ⅱ)的初始濃度和添加順序?qū)u(Ⅱ)和FA在GO/Fe3O4上的吸附的具有不同的影

6、響，表明Cu(Ⅱ)和FA在GO/Fe3O4上的吸附依賴不同的機(jī)理。GO/Fe3O4吸附FA之后的體系提高了Cu(Ⅱ)的吸附量同時(shí)GO/Fe3O4吸附Cu(Ⅱ)之后FA的吸附量也得到了提高。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明GO/Fe3O4復(fù)合物對(duì)去除金屬離子和有機(jī)物質(zhì)具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
　　2)利用簡(jiǎn)易的綠色無(wú)污染的方法合成了一種新型的磁性MPL雙功能復(fù)合材料并應(yīng)用于潛在的有毒重金屬離子和陰離子染料的同時(shí)吸附去除。在MPL這種復(fù)合材料中，PDA和

7、LDH都達(dá)到預(yù)期的去除這些污染物。在單組分體系中，MPL復(fù)合材料對(duì)Cu(Ⅱ)，MO和CR的去除能力達(dá)到75.01，624.89和584.56 mg/g。有趣的是，在Cu(Ⅱ)和MO或者CR同時(shí)存在的二元體系中，CR或者M(jìn)O的存在顯著增強(qiáng)了MPL復(fù)合材料對(duì)Cu(Ⅱ)的吸附去除。然而，Cu(Ⅱ)的存在對(duì)CR或者M(jìn)O在MPL復(fù)合材料上的吸附?jīng)]有明顯的影響。對(duì)MPL復(fù)合材料吸附Cu(Ⅱ)前后的XRD衍射圖譜，F(xiàn)T-IR光譜，XPS能譜和元素分布

8、的表征結(jié)果分析顯示MPL復(fù)合材料吸附Cu(Ⅱ)主要通過(guò)表面官能團(tuán)（羥基，兒茶酚，亞胺和胺基），同時(shí)同形取代和表面沉淀也對(duì)Cu(Ⅱ)的吸附去除起到了很大的作用?？傊暧^實(shí)驗(yàn)，微觀表征以及吸附機(jī)理表明了MPL復(fù)合材料對(duì)重金屬污染物以及有機(jī)物污染物的吸附去除具有實(shí)際應(yīng)用潛力。
　　3)采用H2/Ar低溫等離子體還原方法制備了NZVI/rGOs復(fù)合材料。研究證明負(fù)載在rGOs上的NZVI具有很高的化學(xué)活性和穩(wěn)定性，rGOs的存在大大的提

9、高了NZVI顆粒的分散性。將NZVI/rGOs應(yīng)用于污染水中Cr和Pb的去除顯示出優(yōu)異的去除性能，其對(duì)Cr和Pb的去除能力分別為187.16和396.37 mg/g。該去除能力歸因于NZVI顆粒的還原能力以及rGOs對(duì)NZVI的分散和穩(wěn)定作用。XPS分析證明，NZVI/rGOs對(duì)Cr和Pb的去除依賴于吸附和還原機(jī)理。結(jié)果表明，利用H2/Ar低溫等離子體還原方法制備的NZVI/rGOs復(fù)合材料是重金屬離子去除的高效吸附劑材料。