高效高通量铁酸钴/石墨烯复合气凝胶降解水污染物的应用研究

发布时间：2024-07-06 01:01

　　随着全球水污染问题的日益严峻,钴基纳米材料因其种类繁多和催化效率高而被广泛关注。然而,粉末状纳米催化剂的团聚问题以及难以从水中分离等缺点限制了它们的应用。相比于常规搅拌式催化装置而言,流动式装置的操作更加方便,可以对污水进行连续式的处理。因此,构建出适用于流动态装置中的三维(3D)宏观纳米催化剂是解决上述问题的重要方法。具有三维结构的石墨烯材料,由于较大的比表面积和较高的孔隙率而具有较大的通量更适合作为纳米催化剂的载体。在本文中,一方面通过各向同性的铁酸钴/石墨烯气凝胶对比证明了流动态体系的优势;另一方面通过定向冷冻干燥的方法得到排列均匀的各向异性石墨烯气凝胶,对前一体系加以改进后达到了更好的催化效果。具体的研究内容如下:(1)针对粉末状纳米催化剂易于团聚的问题,采用一步水热法合成一种新型的铁酸钴/石墨烯水凝胶,继而通过冷冻干燥制得各向同性气凝胶。十二烷基硫酸钠(SDS)有助于CoFe2O4纳米颗粒均匀负载在石墨烯片上,大大提高其催化效果;三维气凝胶结构的初始通量可以高达1600 L m-2 h-1,后稳定至300 L m-2 h-1。得益于石墨烯气凝胶的吸附作用和铁酸钴的催化作用,在...

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－３各种形态的纳米Ｃ〇３０４的透射电子显微镜（ＴＥＭ）图像：（Ａ）纳米球；（Ｂ）纳米立方体；（Ｃ）??纳米棒；（Ｄ）纳米片；（Ｅ）纳米环［４４］??Ｆｉｇ．?１－３?Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ?（ＴＥＭ）?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓ?ｏｆ?ｎａｎｏ－Ｃ〇３〇４?：?（Ａ）??ｎａｎｏｓｐｈｅｒｅｓ；?（Ｂ）?ｎａｎｏｃｕｂｅｓ；?（Ｃ）?ｎａｎｏｒｏｄｓ；?（Ｄ）?ｎａｎｏｓｈｅｅｔｓ；??

?第二章各向同性铁酸钴／石墨烯复合气凝胶的制备及表征???２．３．２各向同性铁酸钴／石墨烯复合气凝胶的形貌表征??图２－３?（ａ，ｂ）ＣｏＦｅ２０４纳米粒子的ＴＥＭ图像；（ｃ，?ｄ）?ＣＦＯ＠ＧＡ－Ｉ在无ＳＤＳ时的ＳＥＭ图像??Ｆｉｇ．?２－３?（ａ，?ｂ）?ＴＥＭ?ｏｆ?ＣｏＦ....

图１－４Ｃ〇３〇４／Ｔｉ０２的（Ａ）ＴＥＭ图像和（Ｂ）能带结构示意图［５６］??Ｆｉｇ．１－４?（Ａ）?ＴＥＭ?ｉｍａｇｅ?ａｎｄ?（Ｂ）?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｂａｎｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?Ｃ０３Ｏ４?／Ｔｉ〇２＾５６＾??

?北京化工大学硕士学位论文???如图２－４?ａ－ｂ所示，在加入ＳＤＳ之前，ＣｏＦｅ２〇４纳米颗粒会紧紧地团聚在一起，??虽然有石墨烯片层作为载体但是并未从本质上解决颗粒的团聚问题。如图ｃ－ｄ所示，??在加入表面活性剂十二烷基硫酸钠（ＳＤＳ）之后，ＣｏＦｅ２〇４会均匀分布在石墨烯片....

图１－５?（ａ）非定向冷冻和（ｂ）定向冷冻石墨烯气凝胶制备示意图（ｃ）非定向冷冻和（ｄ）定向冷??冻石墨烯气凝胶扫描电子显微镜［１Ｇ２］??Ｆｉｇ．?１－５?Ｔｈｅ?ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?（ａ）?ｎｏｎ－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ?ｆｒｅｅｚｉｎｇ?ａｎｄ?（ｂ）?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ?ｆｒｅｅｚｉｎｇ?ｇｒａｐｈｅｎｅ??１０１

?北京化工大学硕士学位论文???实验中用ＸＲＤ图谱分析了?ＧＡ，ＣｏＦｅ２〇４和ＣＦＯ＠ＧＡ－Ｉ的晶体结构。从图２－７??中可以看出，２２．８°的峰归因于石墨烯，而在１８．３°、３０．１°、３５．４°、３７．１°、４３．１°、??５３＿４°、５７．０°、６２．６°?和?７４．０°....

图２－２石墨烯水凝胶在水热过程之后的（ａ）俯视图和（ｂ）主视图??Ｆｉｇ．?２－２?（ａ）?Ｔｏｐ－ｖｉｅｗ?ａｎｄ?（ｂ）?ｓｉｄｅ－ｖｉｅｗ?ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓ?ｏｆ?ｇｒａｐｈｅｎｅ?ｈｙｄｒｏｇｅｌ?ｂｅｆｏｒｅ?ａｎｄ?ａｆｔｅｒ??

?第二章各向同性铁酸钴／石墨烯复合气凝胶的制备及表征???—、Ｐｆ?誦??ＩｍｍＩ??ｎｍｖ??ｌ一．??＂７?１??｜ｉ：ｌｆｌ??１扇??图２－１１流动态催化测试装置示意图??Ｆｉｇ．?２－１１?Ｔｈｅ?ｄｉｇｉｔａｌ?ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ?ｏｆ?ａ?ｆｌｏｗ－ｔｙｐｅ?ｓｅ....

本文编号：4001818