论文部分内容阅读
利用新颖、高效和易分离的功能化Fe304磁性纳米材料去除水中的重金属,已越来越受到研究者的关注。本文采用化学氧化法将问苯二胺单体(mPD)和对苯二胺邻磺酸单体(SP)共聚包覆在纳米Fe304@Si02表面上,制备出氨基、亚氨基、磺酸基等修饰的功能化磁性纳米复合材料(Fe3O4@SiO2-mPD/SP).通过改变mPD/SP单体的比例进行共聚包覆,分别筛选出针对Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)去除的Fe3O4@SiO2-mPD/SP,并通过TEM、XRD、FTIR等手段对功能化改性前后的磁性纳米复合材料进行表征,了解其形貌、结构、化学组成、磁性特性及耐酸耐碱性等特征；考察了Fe3O4@SiO2-mPD/SP对Pb(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)的选择性吸附性能和影响因素,深入探讨了Fe3O4@SiO2-mPD/SP对Pb(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)重金属离子的吸附机理；最后探索了Fe3O4@SiO2-mPD/SP的分离和重复利用性。通过X射线衍射、透射电镜、红外、热重分析等表征手段,考察了功能化改性前后磁性纳米复合材料的形貌、结构、化学组成和磁性特性。通过表征发现Fe3O4@SiO2-mPD/SP保持了Fe3O4的尖晶石结构,具有良好的热稳定性和耐酸耐碱性,且磁响应强度大,仅需30s就可从废水中有效分离。磁性纳米Fe3O4颗粒主要为粒径20-30 nm的均匀球形颗粒,包裹在Fe3O4@SiO2表面的聚合物为mPD-SP的共聚物,而不是]mPD-mPD聚合物和SP-SP聚合物的简单混合。通过调整mPD/S P比例对重金属离子去除效果的研究,得出Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)去除的最优mPD/SP共聚比例分别为95：5和50：50,Fe3O4@SiO2-mPD/SP(95:5)和Fe3O4@SiO2-mPD/SP(50:50)对Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的饱和吸附量分别为83.23和119.06 mg g-1。Fe3O4@SiO2-mPD/SP(95:5)对Pb(Ⅱ)的吸附速率较快,反应5min即可达到吸附平衡；而Fe3O4@SiO2-mPD/SP(50:50)对Cr(Ⅵ)的吸附在前30 min较快,但需要6 h左右才逐渐达到吸附平衡。Fe3O4@SiO2-mPD/SP(95:5)和Fe3O4@SiO2-mPD/SP(50:50)对Pb(Ⅱ)和 Cr(Ⅵ)的吸附过程均符合准二级动力学方程和Freundlich模型；热力学研究表明,Fe3O4@SiO2-mPD/SP(95:5)和Fe3O4@SiO2-mPD/SP(50:50)对Pb(Ⅱ)和 Cr(Ⅵ)的吸附过程均为自发的吸热过程；溶液pH值对Fe3O4@SiO2-mPD/SP(95:5)和Fe3O4@SiO2-mPD/SP(50:50)的吸附作用均有显著的影响；而天然有机物、竞争性离子对Fe3O4@SiO2-mPD/SP(95:5)和Fe3O4@SiO2-mPD/SP(50:50)的吸附作用无显著影响；Fe3O4@SiO2-mPD/SP(95:5)和Fe3O4@SiO2-mPD/SP(50:50)均具有较好的分离再生和循环使用性能。功能化磁性纳米复合材料Fe3O4@SiO2-mPD/SP(95:5)和Fe3O4@SiO2-mPD/SP(50:50)可分别从多种重金属离子共存的废水中选择性地将Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)高效去除。通过测量Fe3O4@SiO2-mPD/SP(95:5) 和 Fe3O4@SiO2-mPD/SP(50:50)吸附Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)前后溶液pH值的变化,对吸附Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)前后的功能化磁性纳米Fe3O4材料进行FTR和XPS表征,考察Fe3O4@SiO2-mPD/SP(50:50)吸附Cr(Ⅵ)过程中剩余总Cr和Cr(Ⅵ)浓度随吸附时间的变化,可以得出Fe3O4@SiO2-mPD/SP对 Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的吸附机理主要包括：离子交换、络合吸附、氧化还原反应、静电吸引和物理吸附等过程。其中Fe3O4@SiO2-mPD/SP(95:5)对Pb(Ⅱ)的吸附过程,络合吸附占主导作用,而Fe3O4@SiO2-mPD/SP(50:50)对 Cr(Ⅵ)的吸附过程,络合吸附和氧化还原反应占主导作用。