二硫化钼/还原氧化石墨烯的制备及其对Pb(Ⅱ)和U(Ⅵ)的吸附性能研究

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随着社会的进步以及工业的发展,人类对自然环境排放的环境污染物也在日益增多,其中就包含着对人类生存和自然环境有着很大危害作用的重金属污染物和放射性污染物。这些污染物遍布于大气、土壤、水体、沉积物和植物等体系中,对人类、动植物以及环境都存在极大的威胁。因此,如何有效妥善地处置这些污染物将具有十分重要的实用和科学意义。本论文中,我们通过简易的水热合成法成功的制备出了层状的二硫化钼/还原氧化石墨烯(MoS2/rGO)新型纳米材料。结合静态批次实验,首次将MoS2/rGO作为吸附剂,研究了不同吸附条件(如时间,温度等)下的影响,并分析评价其对以铅(Pb(Ⅱ))为代表的重金属离子和以铀(U(Ⅵ))为代表的放射性核素吸附行为,期望能对开发新型吸附剂和环境污染治理提供一定的帮助。论文的内容分为以下五章:第一章为绪论,首先概述重金属离子和放射性核素的来源及其危害并简要介绍了其污染的治理方法以及吸附的相关理论。接着,介绍了二硫化钼(MoS2)和氧化石墨烯(GO)以及在吸附相关方面的应用。最后引出了本论文的研究内容及意义。在第二章中,介绍了MoS2和MoS2/rGO相关材料的制备,运用透射电子显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪等设备仪器对材料进行了一系列的表征和分析,结果表明MoS2和MoS2/rGO复合材料均已成功的合成。在第三章中,将成功制备的MoS2/rGO复合材料作为吸附剂用于从重金属废水中去除Pb(Ⅱ)。吸附实验表明MoS2/rGO与重金属离子Pb(Ⅱ)吸附动力学很好的拟合了准二级动力学模型。结果还表明MoS2/rGO吸附重金属离子Pb(Ⅱ)受溶液pH值影响和离子强度(pH<9.0)的影响,而在pH>9.0时,不受离子强度的影响。另外,腐殖酸(HA)存在下明显的增强了MoS2/rGO对重金属离子Pb(Ⅱ)的吸附效果。在pH=5.0和T=295.15 K时,MoS2/rGO吸附Pb(Ⅱ)的最大吸附量达到了279.93 mg/g,这明显高于单纯的MoS2和许多其他吸附剂对重金属离子Pb(Ⅱ)的吸附能力。相关热力学参数表明MoS2/rGO吸附Pb(Ⅱ)是一个自发和吸热的过程。这些结果都表明MoS2/rGO在含铅的重金属污染水以及工业废水环境污染治理方面将具有很好的潜在应用价值。在第四章中,将MoS2/rGO复合材料作为吸附剂用于模拟放射性废水中去除U(Ⅵ),研究了不同时间,温度,离子强度和pH的影响。实验结果表明MoS2/rGO复合材料吸附放射性核素U(Ⅵ)在2个小时内就能快速达到平衡。另外根据Langmuir等温线可以知道,MoS2/rGO复合材料对放射性核素U(Ⅵ)的最大吸附量达到了83.47 mg/g。吸附热力学表明该吸附过程是一个自发放热过程。另外,实验结果还表明MoS2/rGO吸附放射性核素U(Ⅵ)受溶液pH值影响而不受离子强度的影响。通过zeta电位分析,MoS2/rGO表面带有负电荷,在静电吸引的作用下能对正电荷离子有很好的吸附效果。傅里叶变换红外光谱(FT-IR),X射线光电子能谱(XPS)等表征分析表明,MoS2/rGO复合材料具有很好的吸附能力和效果归功于其表面含氧官能团,这些含氧官能团能对重金属离子(Pb(Ⅱ))以及放射性核素(U(Ⅵ))发生表面络合反应。论文第五章对本论文的相关实验结果进行了详细总结,并对实验中存在的不足以及下一步对于处理重金属废水或者放射性废水研究方向进行了展望。
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