溶剂热法制备ZnO基光再生吸附剂及其吸附性能的研究

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水污染已经被视作近几十年来可持续发展面临的最严峻挑战之一。水污染是指水体中污染物的浓度超过一定浓度,严重影响生态环境和人体健康,主要包括重金属和有机染料污染物。近年来,吸附法以其成本低廉、操作简便、安全可靠等优点从各种水处理技术中脱颖而出。在水处理过程中,吸附剂的再生一直是人们关注的一个重点之一,因为它决定了该吸附体系的可行性并控制了该技术的经济性。遗憾的是,传统的再生方法不仅会因表面破坏而导致吸附能力下降,而且还会导致污染物浸出回到环境中,造成二次污染。在本论文中,我们设计了一种新型吸附剂,即将无机光催化剂ZnO与长链有机吸附剂结合。其中,有机吸附剂对污染物具有很高的吸附能力,而光催化剂可以在吸附后通过光照使这些亚稳态有机吸附剂的长链断链,从而使污染物解吸。这种新型吸附剂的设计将为水处理领域下一代吸附剂的开发提供了新的思路。具体工作如下:1、采用尿素辅助溶剂热法合成了一种新型的ZnO/醇氧化锌光再生吸附剂。体系中的醇化锌([Zn2C4H8O4]n)可以有效地调节吸附剂的禁带宽度从3.27到2.49 eV,并且可以在紫外线照射下被ZnO催化降解。该吸附剂对甲基蓝和刚果红染料的吸附能力十分显著(分别约为1850和640 mg g-1),且选择性高。其表面正电荷有利于阴离子染料在水溶液中的静电吸引。热力学研究表明,该吸附剂对有机染料的吸附过程主要是物理吸附和化学吸附共同作用的结果。而且该吸附剂在吸附染料后,经短时间的自然光或紫外光照射,可有效再生。更引人注目的是,这些拥有丰富的表面活性基团的长链醇化锌吸附剂对污水中的Cr(VI)离子污染物表现出了优越的吸附能力(最大吸附量为200.3 mg g-1,初始吸附速率为3.6 mg g-1 min-1),该吸附过程同时包含物理和化学吸附过程。而且吸附后,这些吸附剂可以方便地在温水中进行紫外光再生。2、采用溶剂热法在不添加任何模板和表面活性剂的条件下合成出了具有空心微球形貌的ZnO/氧化铁/醇化锌光再生吸附剂。通过对其生长过程进行分析,提出了其“聚集-支撑-融合”的生长机理。同时,这些空心ZnO/氧化铁/醇化锌微球具有超顺磁性以及快速的磁响应能力。随后,将他们用于去除污水中的刚果红有机染料。根据BET等温线模型,计算了25?C时对刚果红的理论吸附量约为1475.1 mg g-1。并且吸附后,可以在紫外光的照射下有效地再生。其对刚果红的克级吸附能力和良好的可回收性在水处理中具有较高的应用价值。
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