纳米磁性矿物材料的制备及去除水中重金属的性能研究
发布时间：2018-06-29 03:31
本文选题：粘土矿物 + 磁性材料 ； 参考：《济南大学》2017年硕士论文
【摘要】：近年来工业发展迅速,大量重金属离子被排放进入环境,重金属易富集、不易生物降解,严重危害着人体及生物的健康。吸附法由于它的高效能、易操作等优势,是研究者们首选的水处理方法,其关键在于寻找低价高效的吸附剂。矿物材料在自然界储量丰富,其可控的结构特征和多样的物化特性,在吸附、离子交换等方面应用广泛。本文选取阳离子型矿物高岭土(Kaolin,KC)和阴离子型矿物层状双金属氢氧化物(Layered double hydroxide,LDH)为基体,成功合成并表征了三种纳米磁性矿物材料,并开展批次吸附实验去除水中的重金属离子Pb~(2+)、Cd~(2+)和Cu~(2+),实验结果如下:(1)采用溶剂热法一步成功制备磁性高岭土(Mag/KC),并对其进行了X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和Zeta电位等表征。表征结果显示其晶型良好,为典型的准二维片层结构,且Fe_3O_4纳米颗粒物成功附着在KC的表面。制备的Mag/KC吸附能力显著高于未负载Fe_3O_4纳米颗粒物的KC原土,吸附容量大小顺序为Pb~(2+)Cd~(2+)Cu~(2+),最佳吸附剂用量分别为4.0 g/L(Pb~(2+)和Cu~(2+))和2.5 g/L(Cd~(2+)),在p H10范围内吸附不受p H影响,吸附反应时间在60 min达到平衡,动力学符合拟二级模型,等温线拟合为Langmuir型,最大吸附量分别为86.1、16.5和22.1 mg/g。吸附机理主要为功能化基团和金属离子之间的配位络合及离子交换。(2)采用溶剂热法一步成功制备磁性Mg/Al-LDH(Mag/LDH1),并对其进行了XRD、FTIR、SEM、TEM、BET(比表面积测定)、XPS和Zeta电位的相关表征。表征结果显示该方法使得Fe_3O_4成功附着到Mg/Al-LDH表面,Mag/LDH1的BET表面积高达92.7 m2/g,大于Mg/Al-LDH的48.6 m2/g。吸附实验结果表明,Mag/LDH1对Pb~(2+)、Cd~(2+)和Cu~(2+)的最大吸附容量分别为176、33.2和20.5 mg/g,最佳吸附剂用量为4.0 g/L(Pb~(2+)和Cd~(2+))和5.0 g/L(Cu~(2+)),在p H为2-10时,p H值对吸附效果没有明显的影响,吸附时间在210 min内达到平衡,动力学数据拟合均符合拟二级动力学模型,等温线数据拟合均符合Langmuir模型,吸附容量大小顺序为Pb~(2+)Cd~(2+)Cu~(2+)。采用XRD、FTIR、Zeta电位和XPS等表征手段对吸附机理进行了详细分析,主要为:(i)重金属离子与去质子化羟基或金属离子与表面带负电的功能基团之间发生的外表面配位络合;(ii)重金属离子与溶液中存在的插层离子( NO_2或OH~ )间进行的内表面配位络合;(iii)由阴离子交换发生的沉淀反应(Pb CO_3);(iv)由同晶置换引起的Cd~(2+)和Cu~(2+)进入Mg/Al-LDH层间结构。(3)采用溶剂热法一步成功制备纳米磁性材料Mg/Zn/Al-LDH(Mag/LDH2),并做了相关表征,结果显示,该方法使得Fe_3O_4成功附着到Mg/Zn/Al-LDH表面。吸附实验结果表明,Mag/LDH2对Pb~(2+)和Cu~(2+)的吸附容量(176 mg/g和30.2 mg/g)高于Mg/Zn/Al-LDH(139 mg/g和22.3 mg/g);对Cd~(2+)的吸附容量(57 mg/g)低于Mg/Zn/Al-LDH(78.9 mg/g)。其中,最佳吸附剂用量分别为5.0 g/L(Pb~(2+))、3.0 g/L(Cd~(2+))和6.0 g/L(Cu~(2+)),在p H10时不需调节p H,反应时间在30 min达到平衡,动力学数据拟合符合拟二级动力学模型,等温线数据拟合符合Langmuir模型,吸附容量大小顺序为Pb~(2+)Cd~(2+)Cu~(2+)。上述实验结果表明,本文合成的三种磁性矿物材料,可以有效的去除水中的重金属离子,而且可采用磁分离技术进行固液分离,能够实现固液的快速分离和吸附剂的再回收利用,为废水中重金属的去除提供一定的理论基础和功能材料。
[Abstract]:In recent years , industrial development has been rapid , heavy metal ions have been discharged into the environment , heavy metals are easy to be enriched and difficult to biodegrade , which seriously harm the health of the human body and organism . The key lies in finding a low - cost high - efficiency adsorbent . The adsorption capacity is 4 . 0 g / L ( Pb ~ ( 2 + ) and Cu ~ ( 2 + ) . The adsorption capacity is 4 . 0 g / L ( Pb ~ ( 2 + ) and Cu ~ ( 2 + ) . The adsorption capacity is the Langmuir type with the maximum adsorption capacity of 86.1 , 16.5 and 22.1 mg / g . The adsorption mechanism is mainly the coordination and coordination between the functional group and the metal ion and ion exchange . (2)閲囩敤婧跺墏鐑硶涓，
本文编号：2080656
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