自模板法制备空心纳米金属硫化物及其对水溶液中重金属离子的吸附性能研究

发布时间：2020-07-01 15:29

【摘要】：随着现代化工业活动的不断增加,大量富含重金属离子的废水严重污染了生态环境,对人类生命健康构成了严重威胁。因此,减少重金属污染已成为保护人类健康、生态系统和粮食安全的重要预防措施。由于传统吸附剂难以有效痕量去除重金属离子,所以迫切需要开发更高效和经济的吸附剂,以达到高效痕量去除重金属污染的目的。制备具有大比表面积,灵活的表面活性位点以及绿色环保的新型材料是实现痕量去除重金属污染的有效选择。基于上述问题,本文研究制备了两种空心纳米金属硫化物材料,讨论了两种材料对水溶液中典型重金属离子的吸附性能及吸附机理,主要内容如下:(1)本文报告了一种简便的自模板策略,用于合成由Ni_2S空心纳米颗粒。首先合成四角形纳米棱柱的镍前体并作为自牺牲模板。然后,通过硫化反应消耗这些Ni前驱体,同时在其周围生长一层Ni_2S壳层。通过研究发现,Ni_2S空心纳米颗粒对水溶液中Pb~(2+)离子具有良好的吸附效果,吸附容量高达695.47 mg g~(-1),可以迅速将Pb~(2+)离子浓度从ppm水平降低到3 ppb的痕量水平。Pb~(2+)离子的吸附动力学符合拟二阶模型,表明吸附机理是通过M-S键结合的化学吸附。Pb~(2+)离子的吸附等温线与Langmuir等温模型一致,表明吸附作用是单层吸附。在其他阴阳离子共存的情况下,对Pb~(2+)离子具有显著的选择性。在3-7 pH范围内,Pb~(2+)离子具有高的去除率。(2)使用ZIF-67作为牺牲模板制备了一种多面体CoS空心纳米笼材料。CoS空心纳米笼材料对多种不同重金属离子(如Cu~(2+),Zn~(2+),Pb~(2+),Ag~+和Cd~(2+))具有优异的去除效果。通过研究发现,对于六种不同重金属离子的选择性顺序为:Ni~(2+)Zn~(2+),Cd~(2+)Pb~(2+),Cu~(2+),Ag~+。其中,Ag~+饱和吸附容量高达2147.944 mg g~(-1),Pb~(2+)饱和吸附容量达到813.808 mg g~(-1)且分配系数(K_d)高达10~7 mL g~(-1),优于已报道的诸多吸附材料。Cu~(2+),Zn~(2+),Pb~(2+),Ag~+和Cd~(2+)的吸附等温线与Langmuir等温模型一致,表明吸附作用是单层吸附。它可以迅速将Ag~+的浓度从ppm水平降低到1 ppb的痕量水平。Cu~(2+),Zn~(2+),Pb~(2+),Ag~+和Cd~(2+)的吸附动力学符合拟二阶模型,表明吸附机理是通过M-S键结合的化学吸附。此外,当pH值为1-7时,Ag~+去除效率都超过99.9%。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ424;X703

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本文编号：2736942