铁族金属及其化合物复合材料的制备及染料处理和电化学性能的研究
发布时间：2020-05-15 23:44
【摘要】：本文研究了铁族金属中Fe、Co、Ni、Mn四种元素对应的金属及其化合物复合材料的制备方法及其在染料处理与超级电容器方面的应用。在室温下将Fe_(0.32)Co_(0.68)双金属纳米粒子负载在新型分层花状γ-Al2O3@C复合物载体上,提高Fe_(0.32)Co_(0.68)纳米粒子的稳定性和分散性。新合成的Fe_(0.32)Co_(0.68)/γ-Al2O3@C复合材料对橙黄II(100 mg L-1,973.55 mg g-1)呈现出良好的吸附性能。之后,将使用过的Fe_(0.32)Co_(0.68)/γ-Al2O3@C吸附剂材料(Fe-Co氧化物/γ-Al2O3@C)再重新作为过硫酸盐(PMS)催化剂使用,实验结果令人惊讶,Fe-Co氧化物/γ-Al2O3@C作为PMS催化剂可以高效地降解橙黄II水溶液(60 mg L-1,1 min;90 mg L-1,2 min;120 mg L-1,7 min和150 mg L-1,10 min)。得益于载体γ-Al2O3@C的结构稳定性,该催化剂对多种不同有机污染物的降解具有很好的通用性和优异的重复使用性(98%,第10次循环)。此外,我们还进行了一个连续实验,用Fe_(0.32)Co_(0.68)/γ-Al2O3@C纳米复合材料处理高浓度的橙黄II染料废水(200 mg L-1),吸附结束后,直接加入PMS启动催化降解过程,在5 min内即可达到98%的降解率。结果证明这种纳米复合材料基于吸附与PMS高级氧化技术的结合可能是处理高浓度染料废水的有效方法之一。采用低成本的一步水热法来制备独特的封装Ni3S2纳米颗粒的膜片状Mn掺杂Ni(OH)2纳米复合物(Ni Mn-1)。合成的这种三维多孔结构是由内部的大型纳米片和外部的超薄膜以及被包封在片与膜之间的Ni3S2纳米颗粒构成,这样的结构有助于提供充足的活性区域以参与电化学反应。同时,合成的这种Ni Mn-1复合物是一种Mn掺杂的Ni(OH)2/Ni3S2复合材料,这有利于产生多样化的价电子转移,提高电导率。将Ni Mn-1用作超级电容器的电极材料,在0.68 A g-1的电流密度下,表现出3228 F g-1的超高电容量,并同时也具有良好的倍率性能(81.3%,10.2 A g-1;56.7%,34 A g-1)和超高的循环稳定性(95.6%,3000圈)。此外,我们基于先进Ni Mn-1材料开发了一种复合超级电容器器件,该装置具有在功率密度为404 W kg-1时51.5 Wh kg-1的高能量密度和良好的长期循环稳定性(85.3%,5000圈)。因此,所有的这些进一步表明Ni Mn-1材料在能量储存领域的巨大优势。文章中制备的这几种铁族(铁、钴、镍、锰)金属及其化合物复合材料的操作方法简便,合成材料价格低廉,绿色环保。吸附剂材料Fe_(0.32)Co_(0.68)/γ-Al2O3@C对橙黄II有较高的吸附效力,催化剂材料Fe-Co氧化物/γ-Al2O3@C对多种染料都表现出超强的PMS催化降解能力,以及电极材料Ni Mn-1表现出高的能量储存能力,这些优势使得它们在缓解面临的环境问题和能源危机中都能发挥重要作用。
【图文】：
2图 1.1 分子结构：（a）橙黄 II，（b）甲基橙，，（c）刚果红，（d）罗丹明 B，（e）亚甲基蓝。Figure 1.1 Molecular structures: (a) Orange II, (b) Methyl Orange, (c) Congo Red, (d)Rhodamine B and (e) Methylene Blue.生活中，染料废水主要来源于纺织、塑料、造纸、食品、皮革和化妆品等行业[14-16]。在生产制造时，很多染料废水都被直接排放到周围的环境中去，然而，染料废水如果不及时处理就排放到环境中，会造成严重的水污染问题：（1）废水中的染料会吸收可见光，从而使水体的透明度降低；同时也会消耗水中的氧，使水体中的含氧量降低，从而影响水生生物和微生物的生长，甚至造
图 1.2 （a）物理吸附原理图；（b）化学吸附原理图。Figure 1.2 (a) Physical adsorption schematic; (b) Chemical adsorption schematic.通常，可以将吸附分为物理吸附和化学吸附这两种主要的基本类型，图 1.2 展示了两种吸附的原理图。当吸附质通过与吸附剂之间的分子间吸引力被吸附在吸附剂表面时产生的吸附为物理吸附，即因为范德华力（分子相结合的能力）而产生的吸附，可以视为一种凝聚现象，在这种吸附中，吸附剂不会将吸附质固定在表面特定位置，而是可以使其在界面范围内自由活动，不如化学吸附牢固。当吸附质与吸附剂之间发生了化学反应，出现了电子的共有、交换或转移，形成了牢固的吸附化学键（原子或离子相结合的能力）的吸附时即为化学吸附，发生化学吸附时，吸附质分子不能在吸附剂表面自由移动。两种吸附的差异如表 1.2 所示。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33
本文编号：2665802
【图文】：
2图 1.1 分子结构：（a）橙黄 II，（b）甲基橙，，（c）刚果红，（d）罗丹明 B，（e）亚甲基蓝。Figure 1.1 Molecular structures: (a) Orange II, (b) Methyl Orange, (c) Congo Red, (d)Rhodamine B and (e) Methylene Blue.生活中，染料废水主要来源于纺织、塑料、造纸、食品、皮革和化妆品等行业[14-16]。在生产制造时，很多染料废水都被直接排放到周围的环境中去，然而，染料废水如果不及时处理就排放到环境中，会造成严重的水污染问题：（1）废水中的染料会吸收可见光，从而使水体的透明度降低；同时也会消耗水中的氧，使水体中的含氧量降低，从而影响水生生物和微生物的生长，甚至造
图 1.2 （a）物理吸附原理图；（b）化学吸附原理图。Figure 1.2 (a) Physical adsorption schematic; (b) Chemical adsorption schematic.通常，可以将吸附分为物理吸附和化学吸附这两种主要的基本类型，图 1.2 展示了两种吸附的原理图。当吸附质通过与吸附剂之间的分子间吸引力被吸附在吸附剂表面时产生的吸附为物理吸附，即因为范德华力（分子相结合的能力）而产生的吸附，可以视为一种凝聚现象，在这种吸附中，吸附剂不会将吸附质固定在表面特定位置，而是可以使其在界面范围内自由活动，不如化学吸附牢固。当吸附质与吸附剂之间发生了化学反应，出现了电子的共有、交换或转移，形成了牢固的吸附化学键（原子或离子相结合的能力）的吸附时即为化学吸附，发生化学吸附时，吸附质分子不能在吸附剂表面自由移动。两种吸附的差异如表 1.2 所示。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 Chun Cai;Liguo Wang;Hong Gao;Liwei Hou;Hui Zhang;;Ultrasound enhanced heterogeneous activation of peroxydisulfate by bimetallic Fe-Co/GAC catalyst for the degradation of Acid Orange 7 in water[J];Journal of Environmental Sciences;2014年06期
相关硕士学位论文 前1条
1 方贝贝;金属氧化物复合材料的制备及其对有机染料的吸附性能研究[D];吉林大学;2016年
本文编号：2665802
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