新型磁性复合功能材料在染料去除研究中的应用

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近年来,随着工业的发展,纺织、印刷等行业排出大量含有有机染料的工业废水,这些染料具有很强的化学及热力学稳定性,一旦流入生态系统很难得到降解,会对人类以及动植物的健康造成巨大的危害,因此水体中染料的去除研究具有重要意义。吸附法具有操作简便、染料去除效率高、成本低等优点,引起了人们的广泛关注,然而传统的吸附剂因固液分离困难、吸附容量小等因素,限制了吸附法的广泛应用。因此,本文旨在制备成本低、合成路径简单、选择性高、吸附容量大、易于回收的新型磁性复合功能材料,并用于水体中染料的去除研究。
  根据以上研究现状及理论依据。本论文的具体工作如下:
  1、以壳聚糖为碳源,以Fe(NO3)3-9H2O为前驱体,通过水热合成法制备三种壳聚糖含量的磁性介孔碳。利用Zata电位仪(Zeta potential analyzer)、X-射线衍射(X-rays diffraction,XRD)、透射电镜(Transmission electron microscope,TEM)、傅里叶红外光谱(Fourier infrared,FT-IR)和比表面积及孔径分析4义(Specific surface area analyzer,BET)对材料的表面形态和内部结构进行表征。通过静态吸附法,分别研究了溶液pH值、壳聚糖含量、甲基橙初始浓度、超声时间、反应温度等因素对磁性介孔碳吸附去除甲基橙染料的影响:同时还分别研究了三个批次的吸附剂对甲基橙吸附过程的动力学和热力学行为,阐述可能存在的吸附机理;最后,以0.1MNaOH为脱附试剂,探究其重复利用性能。实验结果显示:溶液的pH值,对磁性介孔碳吸附去除水溶液中的甲基橙有很大的影响,这主要是由于溶液的酸碱性改变了吸附剂表面带电性质,最终选取pH=4为最佳pH:壳聚糖含量越高,磁性介孔碳材料的功能性基团越丰富,对甲基橙染料的吸附效果越好:吸附剂对甲基橙的吸附过程符合Langumir等温吸附模型(R2>0.99),实验最大吸附容量389mg·g-1与拟合数据400mg·g-1相接近:符合;隹二级动力学模型。60min基本达到吸附平衡:磁性介孔碳具有良好的循环再生利用性能,重复5次吸附.解吸实验,对甲基橙染料的吸附效果基本保持恒定。
  2、以三聚氰胺、甲醛为碳源,Fe(NO3)3·9H2O为前驱体,无水碳酸钠为催化剂,通过水热合成法制备一种新型磁性碳凝胶。采用扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)、傅里叶红外光谱和能谱仪(EDS)等手段对吸附剂的结构与形态进行表征。通过静态吸附法,以紫外可见分光光度法作为检测手段,研究了溶液pH值、刚果红初始浓度、超声时间、反应温度等因素对磁性碳凝胶吸附去除刚果红染料的影响;同时还研究了吸附剂对刚果红吸附过程的动力学和热力学行为,阐述可能存在的吸附机理:最后利用0.2M NaOH溶液对吸附剂进行脱附,探究其循环再生利用性。实验结果显示:溶液的pH值对磁性碳凝胶材料吸附去除水溶液中的刚果红有很大的影响,这主要是由于溶液的酸碱性改变了吸附剂和刚果红表面电荷的性质,在pH=4时吸附效果最好:吸附剂对刚果红的吸附过程符合Langumir等温吸附模型(R2>0.99),实验最大吸附容量431mg·g-1与拟合数据450mg·g-1相接近:50min内基本达到吸附平衡,符合;隹二级动力学模型:吸附剂具有良好的循环再生能力,重复使用4次后,对刚果红染料仍具有较好的吸附效果。
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