金属氧化物微纳米结构材料制备及其在水处理中的应用研究

发布时间：2020-07-05 00:50

【摘要】：金属氧化物材料在水污染处理方面的应用近年来显现出尤为重要的发展前景,而这主要原因在于金属氧化物材料在水污染处理方面有着其独特的优势。这些独特的优势主要表面在以下几个方面：1)较低的成本——低成本的吸附／光催化剂材料可以有低成本的原料或通过较为简单的合成方法路线而得到；2)材料具有较高的机械强度,而且材料本身不易溶解在水中,进而对环境造成二次污染；3)对目标污染物具有较高的吸附容量和快速吸附或催化降解能力。随着纳米技术的不断发展,具有微纳米结构的金属氧化物材料更能体现出上述优点。微纳米结构金属氧化物材料的微米尺寸结构可以提供足够的机械强度,避免了材料被磨损和消耗；而纳米结构的特点使得这些材料具有较高的比表面积,并且大大增加材料对重金属离子或有机微污染物的吸附活性位点；另外,还有一个最重要的特点在于具有纳米结构的水处理材料对微污染物具有较快的质量传速过程,实现快速吸附或降解释放在环境中的有毒有害的污染物质。本论文主要集中在合成具有一定新颖结构的金属氧化物微纳米结构材料,并且进一步研究了其在水处理方面的应用,主要内容及创新点如下： 一、通过使用一种简单有效的方法合成了具有一定新颖结构的蛋形水母状γ-AlOOH(Boehmite)@SiO2/Fe3O4多孔磁性微纳米球材料,这种材料不仅拥有较高的比表面积,还具有大量的孔通道结构。在常温下,这种材料具有优异的磁性特征,这方面的特点为在实际应用中实现简单、快速回收这种材料提供了很好的条件。结合材料的本身特点,研究了样品材料对水污染环境中二价重金属Pb(Ⅱ)离子的吸附能力。研究结果发现,这种材料对二价重金属Pb(Ⅱ)离子有较高的吸附容量(最大吸附容量为214.59mg g-1)和较高的去除效率(Pb(Ⅱ)的初始浓度低于100mg g-1时去除效率几乎为100%)。以上述所述极其优异的性能表明,在去除水环境污染物中的重金属离子方面,这种具有新颖结构的金属氧化物复合材料可以作为高效、快速分离的吸附剂材料。 二、首次以去离子水为溶剂,偏铝酸钠为原料,尿素为沉淀剂,聚丙烯酸钠为表面活性剂,合成了具有单分散、均一性、花状微纳米分级结构的γ-AIOOH。这种制备方法不仅简单,而且实验试剂无毒、生产成本较低。通过研究样品材料的形成过程,推测了其形成机理是通过自主装而形成的这种结构形貌的。所得到的样品材料的比表面积可以达到145.5m2g-1,并且具有较高的孔体积和较大的孔径尺寸分布。通过研究其对重金属离子Pb(Ⅱ)和Hg(Ⅱ)的吸附作用,发现其对这两种重金属离子的吸附动力学响应非常迅速,在仅仅5分钟的时间内,就可以实现对重金属离子Pb(Ⅱ)和Hg(Ⅱ)的去除效率达到99%的效果;另外,这种样品材料对这两种重金属离子的最大吸附容量可以分别达到124.22mg g-1和131.23mgg-1。以上这些优异的性能可以充分说明所制备的这种样品材料是水污染处理所需要的理想材料。 三、通过使用一种简单、绿色以及高效的方法合成了金属Ag纳米颗粒修饰Fe3O4@TiO2磁性微纳米球光催化剂材料。这种光催化剂材料具有较高的比表面积、较大的孔尺寸和孔体积,并且在常温条件下具有优异的铁磁性能。通过控制紫外光照时间,可以得到性能较佳的金属Ag纳米颗粒修饰的Fe3O4@TiO2磁性微纳米球光催化剂材料。对去除有机污染物亚甲基蓝的研究中,发现这种光催化剂材料的性能要优于商用德固赛P25TiO2光催化剂材料和没有在Fe3O4@TiO2磁性微纳米球表面修饰金属Ag纳米颗粒的光催化剂材料。其主要原因是由于金属Ag纳米颗粒的存在使得光催化剂表面存在Ag-TiO2异质结,这种异质结有利于提高光催化剂材料的光催化性能。通过多次使用这种光催化剂材料,发现其光催化性能依然没有明显减弱。这些结果说明这种具有微纳米结构的磁性球在去除水中有机污染物有着很好的使用价值和应用前景。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X703;TB383.1

【共引文献】

相关期刊论文 前10条

1 李大成,周大利,刘恒,张萍,张云,龚家竹;纳米TiO_2的特性[J];四川有色金属;2002年03期

2 任成军,李大成,钟本和,周大利,刘恒,龚家竹;影响TiO_2光催化活性的因素及提高其活性的措施[J];四川有色金属;2004年04期

3 钱翼清,赵平,王卫华;烷基化纳米SiO_2/MMA乳液聚合物及其对PC的改性研究[J];工程塑料应用;2002年01期

4 王孝军,杨杰,龙盛如;纳米材料及其在工程塑料改性中的应用[J];工程塑料应用;2002年10期

5 刘建林,肖久梅,史孝群,龚春秀,马文江;纳米CaCO_3填充环氧树脂分散技术及力学性能研究[J];工程塑料应用;2003年03期

6 惠雪梅,张炜,王晓洁;环氧树脂/SiO_2,纳米复合材料性能的研究[J];工程塑料应用;2004年02期

7 安骏,吴海霞,辛寅昌;防高能辐射的树脂/纳米铅复合材料的制备及研究[J];工程塑料应用;2004年12期

8 郑海忠,张坚,鲁世强,徐志锋;选区激光烧结制备PS/Al_2O_3纳米复合材料的研究[J];工程塑料应用;2005年09期

9 安骏;刘吉华;辛寅昌;;树脂纳米铈防辐射复合材料的制备及其性能研究[J];工程塑料应用;2006年08期

10 郭冬勇,赵德国;纳米材料的现行测量技术[J];安徽教育学院学报;2002年06期

相关会议论文 前10条

1 乐士儒;栾野梅;安茂忠;;电沉积银纳米膜的光学性质研究[A];2004年全国电子电镀学术研讨会论文集[C];2004年

2 杨黎明;VPW Shim;陈锋;龚明;;用高应变率大应变载荷制备纳米晶铜试件[A];第八届全国爆炸力学学术会议论文集[C];2007年

3 王金相;张晓立;王经涛;赵铮;;爆炸加载制备纳米晶铜实验研究[A];第九届全国冲击动力学学术会议论文集（下册）[C];2009年

4 王金相;周楠;赵铮;王小绪;杭逸夫;;爆炸载荷下纳米晶铜晶粒度分布及影响因素研究[A];第六届全国爆炸力学实验技术学术会议论文集[C];2010年

5 李春霞;李立平;酒金婷;王柏华;;纳米粒子的表面改性研究进展[A];第二届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2002年

6 李星国;;纳米材料研究及其应用[A];第三届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2003年

7 张永文;陈英;;含纳米ZnO抗紫外整理剂的制备及性能研究[A];第四届功能性纺织品及纳米技术研讨会论文集[C];2004年

8 王敏;;纳米材料在丝绸文物保护上的应用[A];第四届功能性纺织品及纳米技术研讨会论文集[C];2004年

9 王东;路建军;齐宏进;;防水透湿织物上碳氟膜的纳米结构及均匀性的初步研究[A];第六届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2006年

10 高惠;杨俊玲;;纳米SiO_2的制备方法及应用[A];第八届功能性纺织品及纳米技术研讨会论文集[C];2008年

相关博士学位论文 前10条

1 谭淑媛;几种稀土发光材料的合成及发光性质的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 王德广;金属粉末高致密化成形及其数值模拟研究[D];合肥工业大学;2010年

3 彭智伟;几种半导体和稀土纳米材料的制备与光学性质研究[D];湖南大学;2010年

4 赵世华;ZnO纳米阵列的制备和稀土掺杂工艺及其发光性能的研究[D];湖南大学;2010年

5 周红洋;硫属化合物纳米材料的可控性合成与表征[D];中国科学技术大学;2010年

6 杜海军;石墨烯和荧光碳纳米颗粒的制备及其电化学特性的研究[D];华南理工大学;2010年

7 张贵军;聚丙烯酸酯/纳米氧化锡锑复合乳液的制备、表征及其在透明隔热涂料中的应用研究[D];华南理工大学;2010年

8 王文涛;天然橡胶/蒙脱土纳米复合材料的阻隔性及相关性能研究[D];华南理工大学;2010年

9 于晓慧;金属掺杂TiO_2和ZnO的第一性原理研究[D];江苏大学;2010年

10 赵佳飞;纳米流体辐射特性机理研究及其在太阳能电热联用系统中的应用研究[D];浙江大学;2009年

相关硕士学位论文 前10条

1 张旭;纳米CeO_2-TiO_2复合介孔材料的制备及性能[D];河北大学;2009年

2 李艳冰;二元稀土氟化物的控制合成及光学性能研究[D];安徽工程大学;2010年

3 齐天骄;铟锡氧化物纳米微粒表面修饰研究及其悬浮液的制备[D];中国工程物理研究院;2010年

4 王青尧;锑基纳米材料的水热法制备及表征[D];山东科技大学;2010年

5 田维亮;线切割废砂浆制备白炭黑及改性研究[D];山东科技大学;2010年

6 尹永琦;多端耦合量子点体系量子输运特性的研究[D];哈尔滨师范大学;2010年

7 谭鑫鑫;稀土离子掺杂纳米晶ZrO_2-Al_2O_3复合粉体的制备及发光性质的研究[D];哈尔滨师范大学;2010年

8 甘自保;贵金属及其合金/碳纳米管复合材料的制备与表征[D];哈尔滨师范大学;2010年

9 赵紫军;(MCM-41)-La_2O_3纳米复合材料的制备、表征及光学性质研究[D];长春理工大学;2010年

10 薛江;一维纳米材料的静电纺丝法制备、表征及性能研究[D];长春理工大学;2010年

本文编号：2741829