磁性碳基復合材料對水中有機染料與重金屬離子的吸附去除研究.pdf

1、本文制備并表征了3種磁性碳基復合材料,并將其用于水中的幾種有機染料和重金屬離子的吸附去除研究。包括磁性碳微球吸附去除亞甲基藍、磁性氧化石墨烯復合材料吸附去除孔雀石綠、磁性竹基炭材料吸附去除 Pb2+、Cd2+和 Cu2+以及磁性氧化石墨烯復合物與磁性竹基炭材料吸附去除 Cr(Ⅵ)的比較。論文分別研究了這些磁性復合材料的吸附影響因素、吸附性能以及吸附機理。本論文主要的研究結果如下:
　　(1)制備、表征了包覆有磁性 Fe3O4納米粒

2、子的碳微球(記作 Fe3O4@C),并且將其用于水溶液中有機染料的去除。選擇亞甲基藍(MB)作為典型有機染料,用來評價 Fe3O4@C的吸附、再生以及再利用性能。結果表明,制備的Fe3O4@C顯示了對 MB良好的吸附性能,而其中的磁性 Fe3O4僅僅幫助了吸附后的分離,并不參與對 MB的吸附。達到吸附飽和后,吸附劑被磁性分離,用酸萃取、微波輻照和熱解法嘗試對使用后的吸附劑進行再生。其中,微波輻照再生方法,吸附劑可以持續(xù)16次吸附/再生循

3、環(huán),其再生能力仍能保持90％以上。研究表明:MB在初始的Fe3O4@C上和再生后的Fe3O4@C上的吸附都遵循 Langmuir等溫模型和準二級動力學速率模型。溫度為323K時,在 Langmuir等溫式中再生16次的與初始的Fe3O4@C的最大吸附量分別為476.5mg/g和694.4mg/g。吸附劑再生后,吸附量降低,但吸附速率上升了。獲得的Fe3O4@C具有高的吸附量、好的再使用能力,它將成為有前景的、可行的吸附劑替代品。

4、　　(2)以氧化石墨烯(GO)為原料,采用硫酸亞鐵和氯化鐵共沉淀的方法制備出氧化石墨烯與納米 Fe3O4復合的磁性材料——磁性氧化石墨烯(GO/Fe3O4)。采用孔雀石綠(MG)作為典型的吸附對象,研究了此材料對三苯甲烷類有機染料的吸附特性。實驗探究了材料中 GO含量對于吸附的影響,而且分析了pH值和溫度因素引起的吸附行為的變化。結果表明,吸附動力學符合準二級動力學速率方程;對比 Langmuir和 Freundlich兩種等溫吸附模型

5、,吸附過程更加符合 Freundlich等溫吸附模型,進一步說明了GO/ Fe3O4具有不止一種活性位點的非均勻的鑲嵌復合結構。該吸附劑能在80℃水浴條件下脫附再生。
　　(3)使用微波輻照技術,以枯竹子為碳源制備了磁性竹基炭(MBC)并用于重金屬離子 Pb2+,Cd2+與 Cu2+的吸附去除研究。分析了吸附條件包括吸附時間、pH值、離子強度以及初始金屬離子濃度等對吸附的影響,討論了MBC對三種金屬離子的吸附特性與吸附機理。結果表

6、明,金屬離子在 MBC上的吸附符合 Langmuir等溫模式和準二級動力學吸附過程;吸附的機理可歸結為金屬陽離子與 MBC上的H+之間的離子交換作用,且吸附能力可能與金屬離子半徑有關,呈現(xiàn)出Pb2+>Cd2+>Cu2+的趨勢。
　　(4)研究了磁性氧化石墨烯(GO/Fe3O4)和磁性竹基炭(MBC)對六價鉻的吸附作用,并對這兩種吸附作用進行了比較。根據(jù) SEM形貌分析,吸附劑 MBC具有與 GO/Fe3O4相似的薄片層結構,能為六