基于纳米铁酸盐材料去除染料、重金属和有机污染物及点位能量分布的研究

发布时间：2017-09-30 10:21

  本文关键词：基于纳米铁酸盐材料去除染料、重金属和有机污染物及点位能量分布的研究

  更多相关文章： 铁酸盐纳米材料 染料 重金属离子 铅 离子交换 点位能量分布 有机污染物

【摘要】：随着工业革命的发展,现代化进程的快速推进,我国面临着十分严峻的水污染问题,特别是染料废水、重金属废水以及有机污染物废水。本文以铁酸盐纳米材料为基础,通过研究以刚果红和罗丹明B为目标污染物的染料废水;铅作为目标污染物的重金属废水;硝基苯酚、阿特拉津、卡马西平、双酚A和诺氟沙星作为目标污染物的有机污染物废水,希望能在一定程度上扩展铁酸盐纳米材料在吸附处理水体污染物的应用,并且在对有机污染物的吸附的基础上,研究了金属氧化物纳米材料的点位能量分布情况,为拓展点位能量分布的研究打下基础。本文的主要研究内容有:1、本文采用简易方法制备高纯度BiFeO3纳米材料,并通过一些表征手段如XRD、SEM、BET、紫外漫反射等对合成的材料进行表征。以刚果红和罗丹明B作为目标污染物,研究BiFeO3的吸附和光催化性能,研究结果表明:BiFeO3对刚果红和罗丹明B的吸附符合Langmuir等温吸附模型和伪二级吸附动力学模型;其对刚果红最大吸附量为24.27 mg g-1,而对罗丹明B的最大吸附量仅为7.96 mg g-1,吸附速率分别为0.0243和0.0406 g mg-1 min-1;说明BiFeO3对刚果红的吸附性能明显优于其对罗丹明B的吸附性能。同时研究在可见光照射下BiFeO3对刚果红和罗丹明的光催化性能,其结果表明BiFeO3对刚果红光降解的去除率是其对罗丹明B的两倍多。通过BiFeO3对刚果红和罗丹明B吸附和光催化协同作用的研究,可知在整个降解过程中,BiFeO3对刚果红的去除率明显高于罗丹明B,经过4h后,BiFeO3基本上将刚果红降解完全,而对罗丹明B的降解仅仅只有30%。2、本文以FeIII修饰MOF-5的金属-有机框架作为前驱体和牺牲模板合成的纳米多孔吸附剂ZnO/ZnFe_2O_4/C,并且借助XRD、SEM、TEM、VSM、BET等对合成的材料进行表征。通过对Pb(II)的吸附试验来研究ZnO/ZnFe_2O_4/C的吸附性能,主要实验包括p H的影响、吸附等温线和吸附动力学。研究结果表明:ZnO/ZnFe_2O_4/C吸附Pb(II)分别符合Langmuir等温吸附模型和伪二级吸附动力学模型。这种由MOF衍生的吸附剂表现出高效的吸附性能,对Pb(II)的最大吸附量达到344.83 mg g-1。粉末X射线衍射和高分辨的X射线光电子能谱结果表明:Pb(II)取代了氧化锌纳米晶体中很大一部分的Zn(II);透射电镜观察到吸附Pb(II)后的晶体的平均粒径显著降低,并且外层存在缺陷,这也证明了Pb(II)离子对氧化锌晶体具有明显的影响;通过定量测量,释放出的Zn(II)离子与被吸附的Pb(II)离子呈近线性关系(R2=0.977),于是提出铅离子与锌离子在吸附过程中发生离子交换的吸附机理,而将高浓度高毒性的重金属铅转化成低浓度低毒性的锌,这为处理毒性大的重金属废水提供了一条新的途径。此外,吸附Pb(II)离子后,吸附剂仍表现出强磁性,可以通过外部的磁铁将它从水溶液中分离出来。3、以FeIII修饰MOF-5作为牺牲模板合成的金属氧化物纳米材料ZnO/ZnFe_2O_4/C,并使用XRD、SEM、TEM、EDS等手段进行表征。通过选用阿特拉津、卡马西平、双酚A、诺氟沙星和对硝基苯酚作为目标污染物研究合成的ZnO/ZnFe_2O_4/C吸附性能,结果表明ZnO/ZnFe_2O_4/C吸附阿特拉津、卡马西平、双酚A、诺氟沙星和对硝基苯酚的最大吸附量的排序为对硝基苯酚诺氟沙星双酚A卡马西平阿特拉津,所有的等温线拟合与Freundlich模型相比更符合Dubinin-Ashtakhov等温吸附模型。之后在Dubinin-Ashtakhov等温吸附模型的基础上,得出基于DA模型的点位能量分布函数,从点位能量分布中也可以得到上述一致的最大吸附量的排序。此外,通过点位能量分布计算出平均点位能,并研究了平均点位能与最大吸附量之间的关系,其研究研究表明平均点位能与最大吸附量呈正相关。
【关键词】：铁酸盐纳米材料 染料 重金属离子 铅 离子交换 点位能量分布 有机污染物
【学位授予单位】：南昌航空大学
【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
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 水中染料、重金属以及有机污染物的概况和危害10-16
• 1.1.1 染料废水污染概况和危害10-11
• 1.1.2 重金属废水污染概况和危害11-12
• 1.1.3 有机污染物污染概况和危害12-16
• 1.2 水中有机染料、重金属及有机污染物的处理方法16-17
• 1.3 铁酸盐纳米材料的综述17-21
• 1.4 本课题主要研究的目的和主要内容21-22
• 第二章 多孔BiFeO_3去除有机染料的吸附和光催化的协同作用的研究22-36
• 2.1 引言22
• 2.2 实验部分22-25
• 2.2.1 实验试剂22
• 2.2.2 实验仪器和设备22-23
• 2.2.3 多孔BiFeO_3的合成23
• 2.2.4 样品的表征23-24
• 2.2.5 多孔BiFeO_3吸附性能的研究24-25
• 2.2.6 多孔BiFeO_3光催化性能的研究25
• 2.3 实验结果和讨论25-35
• 2.3.1 X射线衍射分析（XRD）25-26
• 2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）26-27
• 2.3.3 比表面积分析（BET）27-28
• 2.3.4 等温吸附28-30
• 2.3.5 吸附动力学30-32
• 2.3.6 紫外-可见漫反射吸收光谱分析32-33
• 2.3.7 光催化性能分析33-35
• 2.4 小结35-36
• 第三章 基于MOF衍生的磁性无机吸附剂去除铅离子的研究36-55
• 3.1 引言36
• 3.2 实验部分36-40
• 3.2.1 实验试剂36-37
• 3.2.2 实验仪器和设备37
• 3.2.3 纳米吸附剂ZnO/ZnFe_2O_4/C的合成37-38
• 3.2.4 样品的表征38
• 3.2.5 纳米吸附剂ZnO/ZnFe_2O_4/C吸附水中Pb(II)性能研究38-40
• 3.3 结果和讨论40-54
• 3.3.1 ZnO/ZnFe_2O_4/C吸附Pb(II)性能研究40-45
• 3.3.2 ZnO/ZnFe_2O_4/C吸附Pb(II)的机理研究45-53
• 3.3.3 磁性性能53-54
• 3.4 小结54-55
• 第四章 纳米金属氧化物吸附剂吸附有机污染物的点位能量分布的研究55-69
• 4.1 引言55
• 4.2 实验部分55-59
• 4.2.1 实验试剂55-56
• 4.2.2 实验仪器和设备56
• 4.2.3 纳米金属氧化物吸附剂ZnO/ZnFe_2O_4/C的合成56-57
• 4.2.4 吸附剂的表征57
• 4.2.5 纳米金属氧化物吸附持久性有机污染的研究57-59
• 4.3 结果与讨论59-67
• 4.3.1 X射线衍射分析(XRD)59
• 4.3.2 SEM、TEM和EDS分析59-61
• 4.3.3 吸附等温61-63
• 4.3.4 基于Dubinin-Ashtakhov模型的点位能量分布的研究63-66
• 4.3.5 基于Dubinin-Ashtakhov模型的平均点位能的研究66-67
• 4.4 小结67-69
• 第五章 结论69-71
• 参考文献71-81
• 硕士期间科研成果81-82
• 致谢82-83

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