新型胺基强化纳米氧化镧复合材料研制及饮用水深度除氟特性

发布时间：2017-09-10 15:52

  本文关键词：新型胺基强化纳米氧化镧复合材料研制及饮用水深度除氟特性

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【摘要】：本研究将纳米氧化镧担载于季胺基修饰聚苯乙烯树脂,成功研制新型复合功能材料D201-La_2O_3并用于饮用水中微量氟离子去除。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、比表面积分析(BET)等多种手段进行系统表征,结果表明:载入纳米氧化镧为晶体结构,其颗粒尺寸约20-30nm。复合材料对氟离子去除是溶液pH决定的过程,最优净化条件为pHs=3-7之间;竞争实验表明:当溶液中共存高浓度SO_4~ (2-)、Cl~-和NO_3~-时,复合材料较之其母体仍表现出优异的吸附性能。此外,快速动力学吸附平衡可在180min内实现,吸附过程为吸热过程,最大氟离子吸附容量约122.2mg/g。高效流速下固定床吸附研究进一步证明其潜在应用优势,处理后氟离子浓度低于生活饮用水卫生标准(GB5749-2006),处理量高达1180BV,更重要的是吸附后复合材料可通过碱液进行高效再生和重复利用。研究采用XPS图谱及SEM-EDS分析阐明复合材料除氟机制及胺基官能团作用。XPS分析表明复合材料对氟离子高选择性吸附主要归因于载入纳米氧化镧,而非表面胺基官能团。进而,本研究制备两种参比复合材料,分别以非荷电氯甲基及荷负电磺酸基为母体材料探究功能基团决定的纳米吸附利用效率。胺基修饰复合材料可在90分钟内实现高效纳米粒子利用,相比而言,非荷电氯球和荷负电磺酸基存在条件下,充分吸附反应24小时,载入纳米粒子利用仅为外围区域。这项工作的主旨在于提出一种新的提升复合材料吸附性能的方法,利用荷正电功能基修饰,提高纳米粒子利用效率,从而强化复合材料除氟效果,充分证明该方法制备的复合材料D201-La_2O_3具有很好的应用前景。
【关键词】：氟化物 氧化镧 纳米复合材料 荷电功能基团 吸附 利用效率
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU991.2;TB33
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 研究背景10-12
• 1.1.1 氟污染现状与来源10-11
• 1.1.2 氟化物污染危害与控制11-12
• 1.2 常规除氟方法12-16
• 1.2.1 沉淀法12-13
• 1.2.2 膜分离法13-14
• 1.2.3 电凝聚法14
• 1.2.4 离子交换法14-15
• 1.2.5 吸附法15-16
• 1.3 吸附材料简述16-19
• 1.4 复合吸附材料研究进展19-21
• 1.5 研究意义及内容21-24
• 1.5.1 研究意义21-22
• 1.5.2 研究内容22-24
• 第2章 纳米氧化镧复合材料的制备与表征24-30
• 2.1 实验部分24-25
• 2.1.1 实验试剂24
• 2.1.2 主要实验仪器24-25
• 2.2 制备方法25-26
• 2.3 分析方法26-27
• 2.4 实验研究方法27-30
• 2.4.1 溶液pH对除氟性能的影响27-28
• 2.4.2 常规竞争离子对除氟性能的影响28
• 2.4.3 动力学吸附实验28
• 2.4.4 等温吸附实验及最大吸附量测定28-29
• 2.4.5 模拟柱吸附及脱附再生动态实验29
• 2.4.6 吸附-脱附稳定性静态实验29-30
• 第3章 纳米氧化镧复合材料高效除氟特性研究30-44
• 3.1 D201- La_2O_3表征结果分析30-34
• 3.1.1 扫描电子显微镜 (SEM/SEM-EDS) 分析30-31
• 3.1.2 透射电子显微镜 (TEM) 分析31-32
• 3.1.3 X射线衍射 (XRD) 与比表面积 (BET) 分析32-34
• 3.2 D201- La_2O_3性能结果分析34-42
• 3.2.1 pH对材料性能影响的研究34-35
• 3.2.2 竞争对材料选择吸附性能影响的研究35-37
• 3.2.3 动力学吸附研究37-40
• 3.2.4 温度对复合材料除氟性能影响40-41
• 3.2.5 静态再生性能研究41-42
• 3.3 本章小结42-44
• 第4章 吸附机制和功能基团作用研究44-52
• 4.1 载入的La_2O_3的作用分析44-46
• 4.2 表面功能基团作用分析46-49
• 4.3 超高速流态下柱吸附分析49-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第5章 结论与展望52-54
• 5.1 研究结论52
• 5.2 创新点52-53
• 5.3 研究展望53-54
• 参考文献54-62
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务和主要成果62-64
• 致谢64-66
• 作者简介66

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本文编号：825198