氧化石墨烯基复合材料对三种染料分子的吸附及分子模拟研究
发布时间：2024-04-26 03:55
染料广泛应用于塑料、橡胶、化妆品、油漆等的制造过程中,然而,大多数染料毒性大,有致癌变的几率,严重威胁着人类健康和生态安全。因此,在排放到自然环境中之前,采用经济可行且环境友好的方法对染料废水进行处理已变得十分迫切。近年来,纯化和修复染料废水的技术引起了广泛关注并得到了大力发展,其中,基于方便、易操作、适用性广以及对有毒物质不敏感等优点,吸附法被认为是一种绿色环保的技术和极具竞争力的处理方法。在染料吸附技术中,吸附剂的选择非常重要。氧化石墨烯(GO)因其具有超高的比表面积、优异的水分散性以及表面上多样的含氧官能团等特点,被大量尝试用作去除水中染料的吸附剂。尽管GO具有多种优势,但吸附后悬浮的GO的分离和废水处理中不可避免的二次污染阻碍了其工业化应用,所以迫切需要开发出一种可以多次重复使用的新型GO基吸附材料。而磁分离技术被认为是一种去除废水中有机污染物的有前途、可循环使用且经济价值高的吸附方法。相应地,钴铁氧体(CoFe2O4)因兼具适度磁性和良好的化学稳定性已在环境保护领域得以应用。本课题先制备了具有高吸附容量、经处理后可重复使用的磁性CoFe2O4/GO吸附材料,然后结合分子模拟方...
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
学位论文数据集
摘要
ABSTRACT
主要缩写符号和物理符号说明
第一章 绪论
1.1 课题来源以及背景
1.2 印染废水污染现状及危害
1.3 印染废水处理技术
1.3.1 吸附法
1.3.2 膜分离法
1.3.3 超声法
1.3.4 化学氧化法
1.3.5 电化学法
1.3.6 厌氧-好氧组合处理
1.4 主要吸附剂研究现状
1.4.1 活性炭吸附剂
1.4.2 树脂吸附剂
1.4.3 天然矿物吸附剂
1.4.4 碳纳米管吸附剂
1.5 石墨烯基材料作为吸附剂在污水处理中的应用
1.5.1 氧化石墨烯简介
1.5.2 氧化石墨烯及改性的氧化石墨烯在污水处理中的应用
1.6 铁氧体材料
1.7 分子模拟技术
1.7.1 分子模拟技术简介
1.7.2 分子动力学模拟
1.7.3 量子力学模拟
1.7.4 分子模拟在吸附中的应用
1.8 本课题研究的目的、意义与主要内容
1.8.1 本课题的目的和意义
1.8.2 本课题的研究内容及技术方案
1.9 本课题的创新点
第二章 实验与模拟方法设计
2.1 实验方法
2.1.1 原材料及试剂
2.1.2 实验设备及测试仪器
2.1.3 钴铁氧体纳米颗粒的制备流程
2.1.4 氧化石墨烯的合成
2.1.5 钴铁氧体/氧化石墨烯复合材料的合成
2.1.6 表征手段及吸附效果测试
2.2 分子动力学模拟计算过程
2.2.1 体系模型的构建
2.2.2 能量最小化以及退火过程
2.2.3 力场的选择
2.2.4 分子动力学模拟参数设置
2.3 分子动力学模拟计算过程
2.3.1 构象以及距离变化
2.3.2 吸附能的计算过程
2.3.3 氧化石墨烯与染料分子π-π相互作用的计算过程
2.4 量子力学模拟部分
2.4.1 HOMO-LUMO能级
2.4.2 Fukui函数
第三章 钴铁氧体/氧化石墨烯复合材料吸附三种染料分子实验研究与结果分析
3.1 钴铁氧体/氧化石墨烯复合材料的表征
3.1.1 钴铁氧体/氧化石墨烯复合材料的红外分析
3.1.2 钴铁氧体/氧化石墨烯复合材料的扫描电子显微镜结果
3.2 钴铁氧体/氧化石墨烯复合材料对三种染料分子吸附性能
3.2.1 接触时间对钴铁氧体/氧化石墨烯吸附的影响
3.2.2 pH值对钴铁氧体/氧化石墨烯吸附效果的影响
3.2.3 X射线光电子能谱分析
3.2.4 钴铁氧体/氧化石墨烯的重复使用性
3.3 氧化石墨烯对三种染料分子吸附性能结果分析
3.4 钴铁氧体对三种染料分子吸附性能结果分析
3.5 本章小结
第四章 氧化石墨烯吸附三种染料分子模拟实验与结果分析
4.1 分子动力学模拟部分
4.1.1 氧化石墨烯与染料分子优化前后构象及距离变化分析
4.1.2 氧化石墨烯吸附染料的吸附能计算结果分析
4.1.3 氧化石墨烯与染料分子π-π相互作用结果分析
4.2 量子力学模拟
4.2.1 染料分子的轨道分析
4.2.2 染料分子的Fukui函数结果分析
4.3 本章小结
第五章 结论
参考文献
致谢
研究成果
作者和导师简介
附件
本文编号：3964672
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
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学位论文数据集
摘要
ABSTRACT
主要缩写符号和物理符号说明
第一章 绪论
1.1 课题来源以及背景
1.2 印染废水污染现状及危害
1.3 印染废水处理技术
1.3.1 吸附法
1.3.2 膜分离法
1.3.3 超声法
1.3.4 化学氧化法
1.3.5 电化学法
1.3.6 厌氧-好氧组合处理
1.4 主要吸附剂研究现状
1.4.1 活性炭吸附剂
1.4.2 树脂吸附剂
1.4.3 天然矿物吸附剂
1.4.4 碳纳米管吸附剂
1.5 石墨烯基材料作为吸附剂在污水处理中的应用
1.5.1 氧化石墨烯简介
1.5.2 氧化石墨烯及改性的氧化石墨烯在污水处理中的应用
1.6 铁氧体材料
1.7 分子模拟技术
1.7.1 分子模拟技术简介
1.7.2 分子动力学模拟
1.7.3 量子力学模拟
1.7.4 分子模拟在吸附中的应用
1.8 本课题研究的目的、意义与主要内容
1.8.1 本课题的目的和意义
1.8.2 本课题的研究内容及技术方案
1.9 本课题的创新点
第二章 实验与模拟方法设计
2.1 实验方法
2.1.1 原材料及试剂
2.1.2 实验设备及测试仪器
2.1.3 钴铁氧体纳米颗粒的制备流程
2.1.4 氧化石墨烯的合成
2.1.5 钴铁氧体/氧化石墨烯复合材料的合成
2.1.6 表征手段及吸附效果测试
2.2 分子动力学模拟计算过程
2.2.1 体系模型的构建
2.2.2 能量最小化以及退火过程
2.2.3 力场的选择
2.2.4 分子动力学模拟参数设置
2.3 分子动力学模拟计算过程
2.3.1 构象以及距离变化
2.3.2 吸附能的计算过程
2.3.3 氧化石墨烯与染料分子π-π相互作用的计算过程
2.4 量子力学模拟部分
2.4.1 HOMO-LUMO能级
2.4.2 Fukui函数
第三章 钴铁氧体/氧化石墨烯复合材料吸附三种染料分子实验研究与结果分析
3.1 钴铁氧体/氧化石墨烯复合材料的表征
3.1.1 钴铁氧体/氧化石墨烯复合材料的红外分析
3.1.2 钴铁氧体/氧化石墨烯复合材料的扫描电子显微镜结果
3.2 钴铁氧体/氧化石墨烯复合材料对三种染料分子吸附性能
3.2.1 接触时间对钴铁氧体/氧化石墨烯吸附的影响
3.2.2 pH值对钴铁氧体/氧化石墨烯吸附效果的影响
3.2.3 X射线光电子能谱分析
3.2.4 钴铁氧体/氧化石墨烯的重复使用性
3.3 氧化石墨烯对三种染料分子吸附性能结果分析
3.4 钴铁氧体对三种染料分子吸附性能结果分析
3.5 本章小结
第四章 氧化石墨烯吸附三种染料分子模拟实验与结果分析
4.1 分子动力学模拟部分
4.1.1 氧化石墨烯与染料分子优化前后构象及距离变化分析
4.1.2 氧化石墨烯吸附染料的吸附能计算结果分析
4.1.3 氧化石墨烯与染料分子π-π相互作用结果分析
4.2 量子力学模拟
4.2.1 染料分子的轨道分析
4.2.2 染料分子的Fukui函数结果分析
4.3 本章小结
第五章 结论
参考文献
致谢
研究成果
作者和导师简介
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