【摘 要】
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近年来,由于工业化的快速发展,大量含重金属离子的废水被排放到环境中,不但会严重污染环境,而且会危害人类的健康,因此亟需对其进行处理。吸附法被认为是一种最为简单有效的处理方法。而如何设计合成一种吸附性能优异且可循环再生的吸附剂对处理含重金属离子的废水具有重要意义。本文设计合成了负载不同磁性纳米粒子Fe3O4、Fe的磁性聚吡咯基纳米复合材料,并且研究了其对重金属离子的吸附性能以及循环性能,具体研究内容
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近年来,由于工业化的快速发展,大量含重金属离子的废水被排放到环境中,不但会严重污染环境,而且会危害人类的健康,因此亟需对其进行处理。吸附法被认为是一种最为简单有效的处理方法。而如何设计合成一种吸附性能优异且可循环再生的吸附剂对处理含重金属离子的废水具有重要意义。本文设计合成了负载不同磁性纳米粒子Fe3O4、Fe的磁性聚吡咯基纳米复合材料,并且研究了其对重金属离子的吸附性能以及循环性能,具体研究内容如下:(1)通过简单有效的一锅法合成了磁性聚吡咯纳米管(Fe3O4/PPy)。研究了氧化剂Fe3+添加量对Fe3O4/PPy纳米管形貌、结构和性能的影响。结果表明:合成的Fe3O4/PPy纳米材料呈管状结构,Fe3O4磁性纳米粒子均匀分散在PPy纳米管上。随氧化剂Fe3+添加量的增加,Fe3O4/PPy纳米管中PPy的管径呈现轻微减小的趋势,并且Fe3O4的含量不断增加。Fe3O4/PPy纳米管的饱和磁化强度从7.41emu/g增加到40.45 emu/g,除S1外其余Fe3O4/PPy纳米管都展示出优异的磁性能。(2)研究了Fe3O4/PPy纳米管对Cr(Ⅵ)的吸附性能,具体探索了Cr(Ⅵ)初始浓度、pH值等因素对吸附性能的影响。采用动力学和等温吸附模型研究了Cr(Ⅵ)的吸附过程,并且研究了吸附机理和循环再生性能。结果表明:Fe3O4/PPy纳米管对Cr(Ⅵ)的吸附量随氧化剂Fe3+含量的下降呈增大趋势,n(Py:Fe3+)为0.6时最大吸附量为451.47 mg/g。Fe3O4/PPy纳米管吸附Cr(Ⅵ)的过程符合准二级和Langmuir等温吸附模型,表明吸附过程以单层吸附为主。XPS分析表明吸附机理是离子交换和螯合作用,并且由于-NH+的存在有部分Cr(Ⅵ)被还原成Cr(Ш)。此外,Fe3O4/PPy纳米管吸附Cr(Ⅵ)时,经过5次吸附/解吸循环后,其对Cr(Ⅵ)的去除率为90%,这表明Fe3O4/PPy纳米管具有良好的再生性能。(3)采用一锅法原位碳热还原合成了铁掺杂聚吡咯基碳纳米管复合材料(Fe/CNTs),对其形貌以及磁性能进行了表征分析。研究了Fe/CNTs复合材料对Ag(I)的吸附性能,探索了吸附Ag(I)的动力学过程和等温吸附过程。结果表明:当n(Py:Fe3+)为0.4,Fe/CNTs复合材料形成了均一的管状结构,原位碳热还原生成Fe纳米颗粒均分散在CNTs,复合材料饱和磁化强度为64.85 emu/g,表现出优异的磁性能。此外,Fe/CNTs表现出对Ag(I)很好吸附性能,最大吸附量为522.41mg/g,远高于CNTs和Fe。Fe/CNTs复合材料吸附Ag(I)的过程符合准二级和Langmuir等温吸附模型,表明吸附过程是以单层吸附为主。
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