磁性纳米材料的制备及其对水体中微量污染物的吸附性能研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:SRoo09
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在当前世界水资源危机中,水体污染是最严重的问题之一,水污染的治理刻不容缓。目前治理水体污染的方法有很多,其中吸附法具有高效、简便、应用范围广等优点,但是吸附剂的分离和回收也一直是研究难点。磁性材料的出现,为吸附剂的回收再利用提供了可能性,为吸附法的发展注入了新活力。由于Fe3O4材料具有磁性易分离和比表面积大等特征,因而在新型吸附材料研发领域备受广泛关注。本文针对水环境中常见微量污染物,设计制备了3种磁性复合吸附材料,并对其吸附性能进行了研究。(1)针对目前磁性纳米材料合成中两步修饰法(先制备Fe3O4磁核再进行改性)存在的步骤繁琐、试剂浪费严重等不足,本文采用简单高效的一步合成法,将FeCl3·6H2O作为唯一铁源,制备出氨基修饰的磁性纳米粒子——Fe3O4-NH2,并将其应用于水环境中Hg(II)离子的去除。与一步合成的纳米Fe3O4相比,Fe3O4-NH2比表面积稍小,但对Hg(II)离子的吸附性能更优。Fe3O4-NH2对Hg(II)离子的吸附符合伪二级动力学,在最优pH值条件下(pH=7),需30h以上才能达到吸附平衡。该吸附作用符合Langmuir模型,最大吸附量达29.02mg/g。重复使用3次后,吸附容量才有所降低。(2)先用共沉淀法合成Fe3O4,再利用环己烷/正己醇、壳聚糖和Fe3O4组成反相微乳体系获得磁性壳聚糖粒子,最后经乙二胺改性制备了氨基修饰的壳聚糖磁性粒子(Fe3O4-CS-NH2)并将其用于水环境中苋菜红、橙黄G等染料的去除。吸附试验表明,两种染料的最佳吸附条件分别为pH=2(苋菜红)和pH=3(橙黄G);吸附过程都符合伪二级动力学方程,且都符合Langmuir模型,最大吸附量分别达到63.95mg/g(苋菜红)和30.86mg/g(橙黄G);Fe3O4-CS-NH2吸附染料后可用碱性溶液再生并重复使用。(3)针对壳聚糖包覆在Fe3O4磁核表面容易脱落的缺陷,本文通过碳二亚胺的活化作用,将接枝季铵基团的羧甲基壳聚糖与Fe3O4磁核表面-OH共价结合,合成了羧甲基壳聚糖季铵盐磁性纳米粒子(QCMC-Fe3O4)。经TEM、红外、热重等表征表明QCMC-Fe3O4粒子直径约20nm,其中QCMC质量百分数为18.8%,具有良好的磁性。通过研究其对水体中常见革兰氏阴性菌——绿脓杆菌Pseudomon asaeruginosa(GIM1.138)的吸附作用,表明QCMC-Fe3O4纳米粒子具有优良的细菌吸附效果。通过对材料及菌体表面电荷的测定,可以初步推断其吸附机理归因于纳米粒子较大的比表面积、高的表面势能和疏水力的共同作用。
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