磁性介孔纳米材料吸附与磁动力分离联合修复镉污染土壤研究

发布时间：2020-06-10 02:11

【摘要】：磁性介孔纳米材料不仅具有磁性纳米材料的特殊性质,而且具有介孔纳米材料较大的比表面积以及孔径合适等特点,在环境污染物去除方面有着广泛应用。本文主要研究磁性介孔纳米材料的合成及表征,以及其在水及土壤介质中的吸附性能,具体的研究成果如下:(1)合成了四种吸附剂Fe_3O_4、Fe_3O_4@SiO_2、Fe_3O_4@SiO_2-NH_2、Fe_3O_4@SiO_2-EDTA。通过共沉淀法制备Fe_3O_4磁核,其平均粒径在12nm左右,具有超顺磁性;加入TEOS和CTAB在磁核表面包覆二氧化硅层,Fe_3O_4@SiO_2粒径在150 nm左右,分散性好,比表面积286.1340m~2/g,孔径2.5nm;乙醇-硝酸铵对其萃取后比表面积为809.1130m~2/g,孔径有两种,分别为2.6nm和4nm。加入3-氨丙基三甲氧基硅烷剂和N-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐对Fe_3O_4@SiO_2进行官能团嫁接,FTIR表征表明已将氨基和EDTA嫁接成功。(2)分析了四种吸附剂在水介质中的吸附性能。吸附剂均具有良好的亲水性和磁响应能力。水介质中,材料对Cd(II)的吸附受体系pH影响,通过改性能大幅提高其对Cd(II)的吸附能力。在25℃时,四种吸附剂的吸附量分别为17.69 mg/g、22.98 mg/g、27.62 mg/g、40.93 mg/g。吸附等温模型可用Redlich-Peterson方程进行描述,数据拟合偏向于Langmuir方程。根据拟合结果,可推测四种吸附剂对Cd(II)离子的吸附主要是以离子交换等化学反应为主的化学吸附;四种吸附剂对重金属Cd(II)离子的吸附能力强弱为:Fe_3O_4@SiO_2-EDTAFe_3O_4@SiO_2-NH_2Fe_3O_4@SiO_2Fe_3O_4。(3)分析了土壤颗粒对重金属镉的吸附及释放。土壤样品颗粒对Cd(II)离子的吸附同样受体系pH影响,在25℃下,土壤样品的吸附量为9.2 mg/g;土壤样品的吸附等温模型可用Langmui方程描述,其对Cd(II)离子的吸附以及释放过程,都被准二级动力学方程很好的描述。吸附过程以化学吸附为主,释放过程受非均相扩散控制。(4)使用两种已嫁接官能团的材料对污染土壤水溶液进行修复实验,对修复前后的土壤样品进行了对比分析。对修复前后土壤样品进行形态分析,形态分布为碳酸盐结合态有机结合态铁锰氧化物结合态交换态残渣态;吸附时间增加,土壤颗粒对重金属镉的吸附量逐渐降低,并且两种吸附剂的吸附能力为Fe_3O_4@SiO_2-EDTAFe_3O_4@SiO_2-NH_2;修复前后土壤的理化性质基本不发生变化,可以表明加入的吸附剂对环境友好,吸附剂经四次洗脱后利用率为70%左右。
【图文】：

磁性介孔纳米材料制备及其表征壤和磁性介孔纳米材料分别与重金属属离子的初始浓度 吸附动力学模型料吸附与磁动力分离联合修复镉污染镉的存在形态吸附前后土壤修复机理分析反应温度吸附热

图 2-3 实验制备 Fe3O4材料(左)和实验装置(右)Fig. 2-3 Experimental preparation of Fe3O4material (left) and experimental device (right)2.3.2.Fe3O4@SiO2的制备原理以及实验步骤2.3.2.1.制备原理采用 St ber 的方法，将一定量的磁性纳米粒子分散于水溶液，利用氨水催化 TEOS 进行水解，，进而缩聚生成 SiO2沉积于磁性粒子表面。TEOS 水解缩合分为三步，第一步是水解反应(方程式(4))；第二步是缩合反应(脱水、脱醇，方程式(5)和(6))；第三步是聚合反应(方程式(7))。第二步和第三步合称为缩聚反应。Si(C2H5O)4+H2O Si(OH)4+4C2H5OH (4(5
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X53;TB383.1;TQ424

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 闫宏芹;;浅述纳米材料的生产现状及其在化工生产中的应用[J];中国粉体工业;2008年05期

2 郭建民;;纳米材料在化工生产中的应用[J];常州轻工职业技术学院学报;2005年03期

3 王策;;有机纳米材料成为研究焦点[J];国际学术动态;2003年02期

4 ;我国正式实施七项纳米材料国家标准[J];中国粉体工业;2008年02期

5 孙镇镇;;我国纳米材料发展问题与前景展望[J];中国粉体工业;2016年05期

6 李彦菊;高飞;;纳米材料研究进展[J];甘肃石油和化工;2011年04期

7 ;国际标准化组织发布纳米材料分类新标准[J];中国粉体工业;2010年05期

8 ;新型二维纳米材料可能带来电子工业革命[J];中国粉体工业;2013年01期

9 ;法国对纳米材料实施申报制度[J];中国粉体工业;2013年02期

10 舒茜;;纳米材料的性质及制备[J];广东化工;2018年23期

相关会议论文 前10条

1 张立德;;纳米材料和产业面临的新转折和新挑战[A];中国稀土产业发展工程科技论坛专家报告集[C];2005年

2 李钟号;;离子液体调控纳米材料的合成及其电催化性能研究[A];中国化学会第十六届胶体与界面化学会议论文摘要集——第二分会：功能微纳米材料[C];2017年

3 常丽君;;未来纳米材料设计:进化与计算的结合[A];《科学与现代化》2015年第1期（总第062期）[C];2015年

4 谭志强;刘景富;阴永光;江桂斌;;中空纤维流场流分离技术在典型纳米材料环境行为研究中的应用[A];中国化学会第十一届全国生物医药色谱及相关技术学术交流会（食品与环境分析分会）论文摘要集[C];2016年

5 王伟智;卢雅静;徐雅飞;刘倩;汪欣欣;;花状结构硫化镉纳米材料:液相制备与光催化性能[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第四十二分会：能源纳米材料物理化学[C];2016年

6 黄义;史艳梅;张z龇

本文编号：2705617