介孔聚苯胺-金属（氢）氧化物复合材料对水溶液中污染物的去除

发布时间：2020-05-23 02:42

【摘要】：含重金属或染料污水的治理,近年来一直是研究者关注的焦点。导电高分子聚合物聚苯胺纳米材料具有易制备、环境稳定性和氧化还原性等特性;金属(氢)氧化物如二氧化锰和羟基氧化铁,具有特殊的孔道结构、大的比表面积且普遍存在环境介质中。由这两类材料制备成的复合材料是去除污染水体中重金属或染料的理想材料之一。本文利用原位聚合法制备的介孔聚苯胺纳米球(MPNs)为基体,分别制备了 MPNs-MnO2和MPNs-FeOOH复合材料,并用场发射扫描电子显微镜(SEM)、高分辨电镜(HR-TEM)、红外吸收光谱(FTIR)、X-射线衍射(XRD)等手段对目标产物的结构和形貌进行了表征和分析。依据产物的特性,利用MPNs和MPNs-MnO2对水溶液中的Pb(Ⅱ)进行了吸附去除研究;并展开了 MPNs-FeOOH对染料AOⅡ的吸附或催化去除研究。全文主要结论如下:(1)合成载体MPNs由直径约为300-500 nm的亚微介孔球(孔径约为18 nm)组成。MPNs-MnO2是由直径约为400-600nm的球状颗粒组成,且通过改变高锰酸钾的浓度,可调控负载在MPNs上的絮状二氧化锰的量。MPNs和MPNs-MnO2对Pb(Ⅱ)的动力学吸附符合准二级动力学方程,等温吸附符合Langmuir方程,最大吸附量(pH=5)分别为161和310 mg/g;两种产物在pH4-6的范围内对Pb(Ⅱ)的吸附效果较好;水溶液中共存阳离子Ca2+和Mg2+对两种产物吸附Pb(Ⅱ)的影响较大,而共存阴离子基本无影响;两种产物对Pb(Ⅱ)的吸附过程均是自发吸热过程。通过对吸附前后XPS的分析,MPNs-MnO2中的聚苯胺和MnO2在对Pb(Ⅱ)的吸附过程中分别承担了化学吸附和物理吸附作用。(2)复合材料MPNs-FeOOH由直径为200-60Onm的类微球组成。MPNs-FeOOH对AOⅡ的吸附动力学过程符合准二级动力学方程,等温吸附符合Langmuir方程,最大吸附量(PH=3)达到了 156 mg/g;MPNs-FeOOH在pH3-4的范围内对Pb(Ⅱ)的吸附效果较好;水溶液中的共存阴离子H2PO4-、SO42-和CO32-对MPNs-FeOOH吸附AOⅡ的能力有较大影响,共存阳离子基本无影响;MPNs-FeOOH对AOⅡ的吸附过程是自发吸热过程。MPNs-FeOOH对三种阴离子染料(AOⅡ、MO、KN-Rs)均有较好的吸附效果,对阴离子型染料(MB)吸附效果较差。(3)MPNs-FeOOH在 160 min内对AOⅡ的降解率(初始AOⅡ浓度40 mg/L,pH=4)可达99%,该反应过程符合一级反应动力学方程。提高光芬顿体系中H2O2的浓度能够提高其对AOⅡ的降解速率;MPNs-FeOOH催化剂有较好的循环使用性能,经四次回收利用后,催化剂仍保持良好性能。MPNs-FeOOH对AOⅡ的降解机理表明,随着光芬顿降解时间的增加,溶液中AOⅡ大分子被逐渐氧化为有机小分子;在MPNs-FeOOH对AOⅡ的光芬顿降解过程中,·OH占主导作用,h+对降解具有一定的影响,·02-则基本没有影响。
【图文】：

Ｙａｏ等Ｉ％将聚吡咯颗粒充分分散于高锰酸钾溶液中，，８０°Ｃ条件下反应３小时合成了二逡逑氧化锰＠聚吡咯（Ｍｎ０２＠ＰＰｙ）核／壳结构复合材料，其在常温下其对Ｕ（ＶＩ）（ｐＨ＝５．０）和Ｅｕ（ＩＩＩ）逡逑（ｐＨ＝６．５）的吸附量分别为６３．０４邋ｍｇ／ｇ和５４．７４邋ｍｇ／ｇ。主要吸附机理（图１－２）是水溶液中逡逑Ｕ（ＶＩ）和Ｅｕ（ＩＩＩ）与Ｍｎ０２＠ＰＰｙ的Ｍｎ－ＯＨ和Ｍｎ－０发生络合作用和静电引力而被去除。静逡逑电引力主要是指当溶液的ｐＨ值低于吸附剂的零点电荷时，吸附剂表面带正电，此时带正逡逑电的金属阳离子Ｐｂ（ＩＩ）会因为静电斥力而降低吸附剂对Ｐｂ（ＩＩ）的吸附性能；而当溶液的ｐＨ逡逑值高于吸附剂的零点电荷时，吸附剂表面带负电，会与带正电阳离子产生静电吸引作用，逡逑从而吸附剂的吸附性能也会相应的加强［３４］。逡逑Ｉ逡逑逦Ｍｎ－Ｏ邋……ｔ…“邋Ｕ｛ＶＩ）邋Ｏｆ邋Ｅｕ（ｌｌｌ）逡逑逦Ｍｎ－Ｏ邋—￣ｊ＊…“邋Ｕ（Ｖｔ）ｔｘＥｕ（ｌｌｌ）逡逑Ｈ邋—｜￣＞邋Ｈ－逡逑—Ｏ邋逦＾—Ｑ邋Ｓｐｅｃｉｅｓ逡逑一邋Ｏ邋＾Ｓｐｅｃｋｓ逡逑Ｓｕｒｆａｃｅ逦Ｓｏｌｉｄ－Ｌｉｑｕｔｄ逡逑图１－２邋Ｍｎ０２＠ＰＰｙ复合材料对Ｕ（Ｖ丨）和Ｅｕ（ｌ丨丨）的吸附机理［３３】逡逑Ｆｉｇ邋１－２邋Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ邋ｏｆ邋Ｍｎ0２＠ＰＰｙ邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ邋ｆｏｒ邋Ｕ（ＶＩ）邋ａｎｄ邋Ｅｕ（ＩＩＩ）逡逑

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【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703

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本文编号：2677013