系列新型环保吸附剂的制备、表征及其在水环境中的应用研究

论文摘要

随着工业污染、城市污染的日益加剧,重金属污染已经成为全球性问题,重金属对人体和各种生物都具有明显的伤害作用,人体内重金属过量会导致各种疾病的发生。因此,对重金属的去除,已经成为国内外研究的重要课题,处理废水中的重金属污染已经成为各国环境保护工作的重点。本文针对水环境中的重金属污染进行了研究,制备了系列新型环保材料来除去废水中的重金属,研究内容主要包括两个部分:第一部分用羧甲基壳聚糖（carboxymethyl chitosan-CMC）修饰四氧化三铁磁性纳米粒子(（magnetic nano particles-MNP）,得到羧甲基壳聚糖修饰改性的四氧化三铁磁性纳米粒子（即羧甲基壳聚糖磁性纳米粒子,以下简称CMC-MNP）。并且利用傅立叶红外（FT-IR）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、差热-热重（DTA-TG）等方式对CMC-MNP进行了表征。结果表明CMC较好的包覆在MNP的表面, CMC-MNP的粒径为15nm左右,分散性良好。然后探索了CMC-MNP的吸附性能,用制得的CMC-MNP来吸附处理Co2+溶液,并探索搅拌时间、溶液pH值、温度、及CMC-MNP的用量等条件对吸附的影响,分析得到其吸附的最佳条件,结果表明在50mL 10mg/L的Co2+溶液中,在温度为315K、pH为6、搅拌时间为60 min时,对Co2+的处理效果最好,当CMC-MNP的用量为84mg时,去除率可达91%。第二部分在Fe3O4（magnetite）纳米粒子的表面包覆一层SiO2（silica）,再以十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）表面活性剂作为结构导向剂,包覆一层介孔SiO2,形成一种核壳式介孔磁性二氧化硅材料（Fe3O4@mSiO2@nSiO2,简称为MS）,然后在其表面引进巯基（mercapto）从而成为一种新型巯基改性的磁性二氧化硅载体（即巯基改性的Fe3O4@mSiO2@nSiO2磁性介孔微球,简称为MMS）。通过傅立叶红外（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、X光电子能谱（XPS）,振动样品磁力计（VSM）, N2吸附脱附等温线（BET）等对其进行表征,结果表明这种材料介孔的,有磁性的,它的直径为300-450nm,表面积为469 m2g-1,孔径为3.1 nm,饱和磁化强度为28.1 emu g-1。这种磁性介孔材料具有很好的吸附性,且不同的吸附条件吸附效果不一样,将MMS应用于溶液中对镉离子的吸附,结果发现:吸附时间越长,效果越好,反应8 h后吸附基本达平衡;溶液pH值对吸附效果有很大影响,pH越大吸附效果越佳;MMS用量越多,镉离子去除率也越大;随着溶液浓度的增加,载体的吸附容量不断增加,符合Langmuir等温吸附方程,最大吸附容量为172.4mg g-1。吸附处理之后,微球可以通过加入外界磁场很容易的从混合物中分离出来,并且可循环使用,对环境友好,符合绿色化学的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 水资源重要性及其分布
• 1.2 水体污染现状
• 1.3 重金属污染现状及治理方法总述
• 1.3.1 沉淀法
• 1.3.2 膜分离法
• 1.3.3 电化学法
• 1.3.4 分子印迹法
• 1.3.5 光催化法
• 1.3.6 微生物处理技术
• 1.3.7 植物修复法
• 1.3.8 吸附法
• 1.4 磁性纳米材料
• 1.4.1 纳米材料及其效应
• 1.4.2 磁性纳米材料及其特性
• 30₄磁性纳米粒子的应用及其制备方法'>1.4.3 Fe₃0₄磁性纳米粒子的应用及其制备方法
• 1.5 壳聚糖及羧甲基壳聚糖
• 1.5.1 壳聚糖简介
• 1.5.2 壳聚糖的制法
• 1.5.3 壳聚糖的应用
• 1.5.4 羧甲基化壳聚糖
• 1.6 介孔材料
• 1.6.1 介孔材料的概述
• 1.6.2 介孔材料的合成
• 1.6.3 介孔材料的应用
• 1.7 本选题的研究思路及主要内容
• 2+的吸附研究'>第二章 羧甲基壳聚糖磁性纳米粒子的制备、表征及对C0²⁺的吸附研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验过程
• 2.2.1 主要试剂和仪器
• 2.2.2 羧甲基壳聚糖磁性纳米粒子（CMC-MNP）的制备
• 2.2.3 CMC-MNP 的表征
• 2+溶液的配制'>2.2.4 C0²⁺溶液的配制
• 2+的吸附条件实验'>2.2.5 CMC-MNP 对C0²⁺的吸附条件实验
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 CMC-MNP 的透射电子显微镜（TEM）图及其分析
• 2.3.2 CMC-MNP 的X 射线衍射（XRD）谱图及分析
• 2.3.3 CMC-MNP 的红外（FT-IR）谱图及分析
• 2.3.4 CMC-MNP 的磁性测试曲线（VSM）及分析
• 2.3.5 CMC-MNP 的差热-热重（DTA-TG）谱图及分析
• 2+的吸附条件探究'>2.3.6 羧甲基壳聚糖磁性纳米粒子对C0²⁺的吸附条件探究
• 2+溶液后的分离'>2.3.7 CMC-MNP 吸附C0²⁺溶液后的分离
• 2.3.8 吸附机理初探
• 2.4 本章小结
• 第三章 介孔磁性微球的制备、表征及其在环境中的应用
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验药品
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 磁性介孔微球的制备
• 3.2.4 磁性介孔微球的表征
• 3.2.5 磁性介孔微球的吸附特性研究
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 MMS 的扫描电镜图及分析
• 3.3.2 MMS 的红外光谱及分析
• 3.3.3 MMS 的X 射线衍射光谱及分析
• 2吸附脱附等温线）及其分析'>3.3.4 MMS 的BET（N₂吸附脱附等温线）及其分析
• 3.3.5 MMS 的振动样品磁力图及分析
• 3.3.6 MMS 的 X 光电子能谱图及分析
• 2+的吸附去除作用'>3.3.7 改性介孔磁性微球（MMS）对Cd²⁺的吸附去除作用
• 3.3.8 吸附等温方程
• 3.3.9 吸附机理探究
• 3.4 本章小结
• 第四章 全文总结及展望
• 4.1 全文总结
• 4.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果