改性磁性氧化石墨烯材料制备及其对水中六价铬离子的吸附机理研究

发布时间：2017-08-04 18:15

  本文关键词：改性磁性氧化石墨烯材料制备及其对水中六价铬离子的吸附机理研究

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【摘要】：水环境污染已成为世界各国普遍关注的问题,重金属污染是水环境污染的一个重要方面,随着工农业生产以及经济的迅猛发展,水环境中的重金属污染日趋加剧已成为不争的事实。铬是一种用途非常广泛的重金属,广泛应用于电镀、冶金、涂料、颜料、制革、照相以及印刷制版等工业,这些工业生产排放的工业废水中含有大量铬的化合物,主要以六价铬Cr(Ⅵ)为主。研究发现,六价铬化合物能够导致癌症和腐蚀组织,并对细胞、植物、动物和人体有毒害作用。它能够导致肺癌,损害人体的肾脏、肝脏和胃等器官。鉴于Cr(Ⅵ)的高毒性以及高水溶性,必须在废水排入水体和土壤之前将其去除。吸附脱除法因其成本低,操作简单而成为最有效的去除废水中重金属离子的方法之一。工程领域中常见的吸附剂主要有碳纤维材料、沸石、粘土矿物、树脂以及高分子聚合物等。但这些常规吸附剂存在吸附容量小、吸附效率偏低等缺陷,因此迫切需要开发新型高效的吸附材料以克服常规吸附剂的固有缺陷。氧化石墨烯因具有独特的物理化学性质而备受关注,但其还存在固液分离困难和吸附容量低等缺点。本文将磁性纳米粒子与氧化石墨烯复合,赋予氧化石墨烯磁性,以提高其固液分离能力,并对其接枝改性制备氧化石墨烯衍生材料以提高对重金属离子的吸附能力。此外,探讨吸附过程的机理,对提高重金属废水的处理效果具有重要的理论和实际意义。本文的具体研究工作及成果可以归纳如下:本文以氧化石墨烯为原料合成了磁性氧化石墨烯衍生材料(DCTA/E/MGO),并将其作为吸附剂用于去除水体中的六价铬离子。使用扫描电镜(FESEM)、透射电镜(TEM)、BET比表面积仪、红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子光谱分析仪(XPS)等表征该衍生材料。研究结果表明,吸附过程能被准二级动力学模型拟合,平衡数据更符合Freundlich模型。吸附速率同时受膜扩散和颗粒内扩散的影响。此外,通过分析等温模型计算出的热力学参数可知吸附反应是一个自发的和吸热的过程。p H值和离子强度会影响六价铬离子在改性磁性氧化石墨烯衍生材料上的吸附过程。研究结果表明改性磁性氧化石墨烯衍生材料是一种具有较大潜力的能有效去除废水中六价铬离子的吸附剂。
【关键词】：氧化石墨烯 改性 六价铬离子 吸附 吸附模型 吸附机理
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;X703
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-25
• 1.1 水体重金属污染现状12-14
• 1.1.1 我国水资源概述12-13
• 1.1.2 重金属废水的危害13-14
• 1.2 含重金属离子废水的处理方法14-18
• 1.2.1 化学沉淀法14-15
• 1.2.2 离子交换法15-16
• 1.2.3 絮凝法16
• 1.2.4 膜分离技术16
• 1.2.5 气浮法16-17
• 1.2.6 吸附法17-18
• 1.3 石墨烯的性质与制备18-19
• 1.3.1 石墨烯的性质18
• 1.3.2 石墨烯的制备18-19
• 1.4 新型吸附剂氧化石墨烯19-24
• 1.4.1 氧化石墨烯的制备方法19-21
• 1.4.2 氧化石墨烯的结构和性质21-22
• 1.4.3 氧化石墨烯表面修饰22-23
• 1.4.4 氧化石墨烯及其衍生物在废水处理中的应用23-24
• 1.5 本研究的目的与内容24-25
• 1.5.1 研究目的24
• 1.5.2 研究内容24-25
• 第2章 磁性氧化石墨烯的制备与表征25-32
• 2.1 引言25
• 2.2 磁性氧化石墨烯的制备25-28
• 2.2.1 交联法25-26
• 2.2.2 化学沉淀法26-28
• 2.3 磁性氧化石墨烯的表征及分析28-31
• 2.3.1 扫描电镜分析28-29
• 2.3.2 X射线衍射分析29
• 2.3.3 X射线光电子光谱分析29-30
• 2.3.4 饱和磁场强度30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 改性磁性氧化石墨烯材料制备及其对六价铬的吸附研究32-50
• 3.1 引言32-33
• 3.2 材料与方法33-37
• 3.2.1 实验材料与仪器33-34
• 3.2.2 改性磁性氧化石墨烯的制备34-36
• 3.2.3 改性磁性氧化石墨烯的表征方法36
• 3.2.4 吸附实验36-37
• 3.3 结果与讨论37-49
• 3.3.1 改性磁性氧化石墨烯的表征分析37-41
• 3.3.2 吸附动力学41-44
• 3.3.3 吸附等温线和热力学44-46
• 3.3.4 溶液初始p H值对改性磁性氧化石墨烯吸附六价铬的影响46-48
• 3.3.5 离子强度对改性磁性氧化石墨烯吸附六价铬的影响48
• 3.3.6 改性磁性氧化石墨烯吸附六价铬的吸附机理48-49
• 3.4 本章小结49-50
• 结论50-51
• 参考文献51-59
• 附录A 攻读学位期间所发表论文情况59-61
• 附录B 攻读学位期间专利情况61-62
• 致谢62

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本文编号：620992