纳米铁氧化物复合材料制备及其吸附性能研究

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本文采用低成本铁源、碳源和沉淀剂为原料,通过水热法制备得到Fe3O4@C、α-Fe2O3/γ-AlOOH和Fe3O4三种纳米材料。对所得样品进行了表征,探讨原料配比和反应温度对所得产物的重金属离子Cr(VI)和刚果红吸附性能,主要研究内容如下:(1)以氯化铁、环状糊精和尿素为原料进行水热反应,当环状糊精为3mmol,氯化铁与尿素摩尔比为1:0.75-6时,200℃保温12h,得到Fe3O4纯相;摩尔比为1:0.75时生成有无定形碳壳包覆的核壳型Fe3O4@C复合材料,比表面积为23.07m2/g,对Cr(VI)和刚果红的吸附质量为10.06mg/g和88.20mg/g。以硝酸铁、环状糊精和尿素为原料进行水热反应,当尿素为30mmol,硝酸铁与环状糊精摩尔比为1:0.15-1.2时,200℃反应12h,得到Fe3O4纯相;摩尔比为1:0.3时的产物Fe3O4@C为核壳型结构,比表面积为112.91m2/g。准二级动力学模型与Freundlich模型能较好的描述该样品对刚果红和Cr(VI)的吸附行为,计算得到对Cr(VI)和刚果红的最大吸附量为33.35mg/g和262.72mg/g。(2)以氯化铁、尿素和葡萄糖为原料进行水热反应,当葡萄糖为2mmol,氯化铁、尿素摩尔比为1:0.75-3时,200℃保温12h,得到纯相Fe3O4;摩尔比为1:1.5时产物中存在无定形碳结构,比表面积为39.64m2/g,对Cr(VI)的吸附质量为12.69mg/g。以硝酸铁、尿素和葡萄糖为原料进行水热反应,当葡萄糖为2mmol,硝酸铁、尿素摩尔比为1:0.75-3时,200℃保温12h,得到Fe3O4纯相;摩尔比为1:1.5时对应产物的Cr(VI)吸附质量为21.14mg/g,比表面积为85.70m2/g。Fe3+和部分还原得到的Fe2+在温和沉淀离子OH-的作用下,反应生成Fe3O4颗粒,随后碳源碳化反应的碳沉积在粒子的表面,累积到一定程度厚度不再增加,最终形成核壳结构的Fe3O4@C。(3)以硝酸铁、硝酸铝和尿素为原料进行水热反应,研究了铁源/铝源摩尔比与尿素含量对产物物相及吸附性能的影响。当2.5mmol尿素,铁源与铝源摩尔比为1:0.33-4时,180℃保温12h,得到α-Fe2O3/γ-AlOOH复合材料;铁源/铝源摩尔比为1:4时,所得样品对刚果红的饱和吸附质量为99.66mg/g。(4)以硝酸铁、尿素和CTAB为原料进行水热反应,研究了硝酸铁含量对产物物相及吸附性能的影响。当CTAB为1.1mmol,硝酸铁、尿素摩尔比为1:0.25-1时,200℃保温12h,得到Fe3O4纯相;硝酸铁、尿素摩尔比为1:1时,产物Fe3O4的刚果红吸附质量分别为99.17mg/g。
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