多级孔硼酸镁纳米结构的制备、表征及其吸附性能研究

发布时间：2020-11-21 22:03

　　 染料在纺织、橡胶、塑料和制革等工业中有广泛应用,但是在染色过程中有残留染料污染水体,其中吸附是一种有效的方法。研究发现三维(3D)多级孔纳米结构因其超高的比表面积、结构层次多样、孔径范围宽而在许多领域备受关注。硼酸盐广泛用于阻燃、荧光、非线性光学、电池和吸附等领域,是一类多功能材料。多孔硼酸盐具有热稳定性好、无毒且价廉和可再生等优点,可用作有机染料废水的处理。而且我国拥有丰富的盐湖硼镁资源,开采利用的意义重大。因此,如何设计和开发廉价的、高性能的、分散性好的新型吸附材料是废水处理的关键所在。然而,3D多级硼酸盐纳米结构的报道却很少,并且合成方法单一,主要是溶剂热法、表面活性剂辅助的水热合成。为了拓宽3D硼酸盐纳米结构制备的新方法,同时充分利用丰富的硼镁资源并深入研究制备条件对形貌、结构及其吸附性能的影响,所以,开展新型硼酸镁多级孔结构材料的制备及其吸附性能研究具有重要的理论意义和应用价值。本文采用无模板水热法、相转化法和热转化法分别制备了 3种硼酸镁2MgO B2O3 H2O、7MgO·2B2O3.7H20和3MgO B2O3多级孔纳米结构材料,通过XRD、TGA、FT-IR、EDS、FESEM和FTEM等手段对其进行了物相和结构表征,分别研究了它们在处理模拟染料废水中的吸附性能。具体内容如下:(1)以Mg(NO3)2·6H20和NH4B5O8·4H20为原料,利用无模板水热可控制备了多级孔2MgO·B2O3·H20(MBO);进行了多组对照实验,考察了硼与镁的配比、温度、溶剂及其配比等条件对2MgO·B203·H20硼酸镁形貌及尺寸大小的影响。通过考察时间对其形貌的影响,并且提出了微球生长的机制。该微球的比表面积为93.64 m2/g,研究了其对刚果红的吸附性能,该结果显示对刚果红(CR)的最大吸附量是183.15 mg/g,吸附过程符合二级动力学和Langmuir等温线。因此,MBO微球可被作为废水处理的一种潜在的吸附剂。(2)以活性MgO、MgC12·6H20和H3BO3为原料,在室温件下结晶得到氯柱硼镁石(CP)前驱体;然后以CP为原料,在水热条件下,可控制备出7MgO·2B2OO3·7H20纳米片构筑的花球状纳米结构。同时考察了原料、溶液浓度、超声、表面活性剂种类以及溶剂等条件对7MgO·2B203.7H20形貌以及尺寸大小的影响。将上述制得的7MgO·2B203·7H20花球置于坩埚中,在700℃条件下焙烧3.5h,通过热转化制得花球状3MgO·B203纳米结构。7MgO·2B203·7H20和3MgO·B203两种硼酸镁多级孔微球的比表面积分别为103.62 m2/g和46.10 m2/g。(3)在表征基础上,进行两种硼酸镁7MgO·2B203·7H20和3MgO·B203多级孔花球对CR模拟废水的吸附动力学、等温曲线、热力学分析及其吸附机制研究。研究结果表明,吸附均满足准二级动力学模型和Langmuir模型;7MgO·2B203·7H20微球比3MgO·B203微球的吸附效果好,其对CR的最大吸附量分别为202.84 mg/g和170.07 mg/g。吸附的热力学实验数据显示,该吸附容易发生且是自发的吸热过程。
【学位单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.1;X703
【部分图文】：

面要从源头上控制，比如，通过改进工艺，提高原料利用率，从源头上实现工业??废水的低排放或零排放，而另一方面要探索高效低廉的绿色方法对有机染料废水??处理，努力使之对环境的污染程度降到最小。当前水处理的技术和工艺［１１］，如图１－１，??包括絮凝法［１２］、氧化法、反渗透法［１３］、电化学氧化法［１４］、生物法［８，１５］、沉淀法、??膜分离技术和多孔材料的吸附［１６］等。然而，使用氧化法的主要缺点是在可生物降??解染料的过程中可能会产生有毒副产物，这不利于彻底清除污染物。尽管电化学??法能产生与染料作用的羟基自由基，使之转化为水和二氧化碳简单的氧化物，但??该方法有耗能、高成本，且在电极上容易发生副反应等缺点。近年来，生物处理??染料废水的结果表明，染料的去除效率较好，并且染料的去除过程不会产生二次??污染，而生物法只能去除可溶性的染料，同时需要苛刻的环境条件。膜分离技术??虽有分离高效、工艺简单、不涉及化学反应、无二次污染、无废物产生等优点［１７］

工领域应用的瓶颈。许多策略己用于增强其稳定性，比如介孔材料的表面改性、??盐处理、接枝法和晶化无定型介孔墙等策略［２３］。介孔材料的合成机理主要是液晶??模板和协同机制，图１－２为液晶模板机制的示意图［２４］。六角形排列的柱状胶束可??能是硅酸盐离子的存在所介导的，图中浅灰色的代表表面活性剂的极性基团位于??外面，而深灰色的硅酸盐物种占据了圆柱之间的空隙。最后的锻烧步骤烧掉了原??来的有机物种，留下了无机物质的空心圆柱体。??Ｈｅｘａｇｏｎａｌ??ａｒｒａｙ??．ＭＸ?，麵??ＭＣＭ－４１??图１－２液晶模板机理示意图??Ｆｉｇ．?１?－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｒａｗｉｎｇ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｌｉｑｕｉｄ－ｃｒｙｓｔａｌ?ｔｅｍｐｌａｔｉｎｇ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ??４??

与微孔材料相比，介孔材料的孔径较大，可对其进行改性从而得到功能化的??介孔材料，所以在储能、工业催化、吸附、电化学等领域有很好的发展前途。介??孔材料大多采用模板合成法，其具体合成方法［２５］见
【参考文献】

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本文编号：2893665