纳米杂化材料制备及其水处理应用研究

发布时间：2017-09-26 01:19

  本文关键词：纳米杂化材料制备及其水处理应用研究

  更多相关文章： 水处理 纳米纤维 金属氧化物 去除 吸附

【摘要】：工业化发展带来的水污染问题日益严重,尤其是重金属离子和有机染料污染,直接危害人类身体健康。水处理技术在不断发展,因而对用于水处理的新型材料各方面的性能提出了更高的要求。目前,单一组分的材料已经不能满足新的水处理技术。金属氧化物纳米粒子由于吸附能力高、活性大等特性常常被用作吸附剂材料。但是其自身高的表面自由能导致其容易团聚,且后处理过程繁杂,易造成二次污染。基于此,本文将金属氧化物纳米粒子包覆在纳米纤维的表面制备出性能优异的纳米杂化材料,用于水中重金属离子的去除。同时,我们还将金属氧化物纳米粒子包覆在氧化石墨烯(GO)片层上,再将其真空抽滤在纳米纤维膜上制备出纳米杂化材料用作过滤膜,去除水溶液中重金属离子和有机染料。具体研究内容如下：1、采用水热合成法将α-Fe2O3纳米粒子包覆在聚丙烯腈(PAN)纳米纤维表面。系统研究了前驱体溶液的pH值对PAN表面α-Fe2O3形貌和负载量的影响以及α-Fe2O3在PAN表面的生长机理。将优化条件下制备的α-Fe2O3/PAN用于水中pb2+的去除,该纳米杂化材料展现了优异的性能。吸附实验结果表明,约120 min达到吸附平衡,平衡时间与pb2+的起始浓度无关。吸附过程符合拟二级动力学及Langmuir模型。XPS分析结果说明,吸附剂材料对pb2+的吸附机理是离子交换过程。2、首先通过化学氧化还原法将Mn02纳米粒子包覆在GO片层表面,然后将制备的GO-MnO2纳米片真空抽滤在电纺PAN纤维膜的表面,制备了以PAN纳米纤维膜为支撑层,GO-MnO2为分离层的过滤膜。将制备的GO-MnO2/PAN复合纳米纤维膜用于重金属离子pb2+和有机染料甲基橙(MO)的去除。实验结果表明,复合材料对pb2+的去除是一个吸附过程,对MO的去除主要是截留作用。3、首先通过化学共沉淀的方法将MnFe2O4包覆在GO片层上,同样采用真空抽滤的方法将制备的GO-MnFe2O4负载在PAN纳米纤维膜表面。对制备的GO-MnFe2O4以及复合膜的形貌结构进行了表征,并将GO-MnFe2O4/PAN对重金属离子As5+分别在低起始浓度(10mgL-和高起始浓度(200 mg-1下进行去除实验,结果发现低浓度下吸附后As5+的残留量可以下降到70μgL-1而高浓度下的吸附量可以达到97.3 mg g-。
【关键词】：水处理 纳米纤维 金属氧化物 去除 吸附
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703;TB383.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 绪论15-33
• 1.1 水污染15-18
• 1.1.1 重金属离子污染15-16
• 1.1.2 有机染料污染16-18
• 1.2 水污染处理方法18-25
• 1.2.1 化学沉淀18-20
• 1.2.2 电化学处理20
• 1.2.3 膜分离20-21
• 1.2.4 吸附法21-25
• 1.3 纳米纤维的基本特征及水处理的应用25-29
• 1.3.1 纳米纤维特征26-28
• 1.3.2 纳米纤维在水处理方面应用28-29
• 1.4 氧化石墨烯的基本特征及水处理的应用29-31
• 1.4.1 氧化石墨烯的特征30
• 1.4.2 氧化石墨烯在水处理方面应用30-31
• 1.5 论文的研究意义及内容31-33
• 第二章 α-Fe_2O_3/PAN合纳米纤维膜的制备及铅离子去除应用33-49
• 2.1 前言33-34
• 2.2 实验部分34-36
• 2.2.1 实验原料和仪器型号34-35
• 2.2.2 PAN纳米纤维的制备35
• 2.2.3 α-Fe_2O_3/PAN纳米纤维膜的制备35-36
• 2.2.4 吸附实验36
• 2.3 结果与讨论36-47
• 2.3.1 α-Fe_2O_3/PAN纳米纤维膜的化学组成36-39
• 2.3.2 α-Fe_2O_3/PAN纳米纤维膜形貌结构表征39-41
• 2.3.3 α-Fe_2O_3/PAN纳米纤维膜的吸附性能41-43
• 2.3.4 吸附动力学43-45
• 2.3.5 吸附等温线45-46
• 2.3.6 吸附机理46-47
• 2.3.7 共存离子影响47
• 2.4 本章小结47-49
• 第三章 GO-MnO_2/PAN复合纳米纤维膜制备及其应用研究49-61
• 3.1 前言49-50
• 3.2 实验部分50-51
• 3.2.1 实验材料50
• 3.2.2 GO的制备50-51
• 3.2.3 GO-MnO_2复合材料的制备51
• 3.2.4 GO-MnO_2/PAN复合纳米纤维膜的制备51
• 3.2.5 GO-MnO_2/PAN复合纳米纤维膜的性能表征51
• 3.3 结果与讨论51-60
• 3.3.1 GO-MnO_2的形貌表征51-53
• 3.3.2 GO-MnO_2/PAN复合纳米纤维膜的表征53-57
• 3.3.3 GO-MnO_2/PAN复合纳米纤维膜的应用57-60
• 3.4 本章小结60-61
• 第四章 GO-MnFe_2O_4/PAN复合纳米纤维膜的制备及应用研究61-71
• 4.1 前言61
• 4.2 实验部分61-62
• 4.2.1 实验材料61-62
• 4.2.2 GO-MnFe_2O_4的制备62
• 4.2.3 GO-MnFe_2O_4/PAN复合纳米纤维膜制备62
• 4.2.4 As~(5+)的吸附62
• 4.3 结果与讨论62-69
• 4.3.1 GO-MnFe_2O_4的表征62-66
• 4.3.2 GO-MnFe_2O_4/PAN复合纳米纤维膜的结构表征66-68
• 4.3.3 GO-MnFe_2O_4/PAN复合纳米纤维膜的应用68-69
• 4.4 本章小结69-71
• 第五章 结论71-73
• 参考文献73-85
• 致谢85-87
• 研究成果及发表论文87-89
• 作者和导师简介89-90
• 附件90-91

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本文编号：920670