載Ca磁性碳納米管的制備及其去除水中腐殖酸的研究.pdf

1、腐殖酸（Humic acid，HA）是一種廣泛存在于自然界中的高分子聚合物，是飲用水氯消毒產(chǎn)生三鹵甲烷和鹵乙酸等三致產(chǎn)物的前驅(qū)物質(zhì)，在飲用水的常規(guī)處理工藝中難以去除。本課題以多壁碳納米管（Multiwalled carbon nanotubes，MWCNTs）為原材料進(jìn)行磁化和氯化鈣改性處理，用于去除微污染水源中的HA。研究了載Ca磁性MWCNTs的制備工藝條件對(duì)去除HA性能的影響規(guī)律，表征分析了載Ca磁性MWCNTs的結(jié)構(gòu)特征，系統(tǒng)地

2、考察了吸附條件對(duì)載Ca磁性MWCNTs去除HA性能的影響規(guī)律，并對(duì)其吸附HA的動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)及吸附機(jī)理進(jìn)行了探討。
　　實(shí)驗(yàn)研究了MWCNTs/Fe3O4質(zhì)量比、MWCNTs/CaCl2質(zhì)量比、OH-/CO32-的摩爾比、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、攪拌速度以及陳化時(shí)間等制備條件對(duì)載Ca磁性MWCNTs去除HA的影響。結(jié)果表明，MWCNTs/Fe3O4質(zhì)量比、MWCNTs/CaCl2質(zhì)量比、反應(yīng)溫度以及攪拌速度這四個(gè)因素對(duì)載Ca磁性MWC

3、NTs在HA初始濃度20mg/L，吸附劑投加量0.7g/L下去除HA的效果影響較大，OH-/CO32-的摩爾比、反應(yīng)時(shí)間、陳化時(shí)間對(duì)去除效果影響較小。MWCNTs/Fe3O4質(zhì)量比越大，HA去除效果越好;MWCNTs/CaCl2質(zhì)量比從4∶1減小到1∶1,HA去除率從76.36％逐漸增大到87.59％，繼續(xù)減小，HA去除率下降;隨著反應(yīng)溫度上升到60℃，HA去除率提高到91.32％，繼續(xù)提高溫度，HA去除率逐漸下降，到75℃后趨于穩(wěn)定;

4、而隨著攪拌速度增大到300r/min，去除率提高到92.21％，之后繼續(xù)增大攪拌速度，去除率有下降的趨勢(shì)。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)得到去除腐殖酸的載Ca磁性MWCNTs制備的影響因素主次順序?yàn)?MWCNTs/Fe3O4質(zhì)量比＞攪拌速度＞溫度＞MWCNTs/CaCl2質(zhì)量比，載Ca磁性MWCNTs制備的最佳工藝條件為:質(zhì)量比m(MWCNTs)/m(Fe3O4)=2.5∶1,質(zhì)量比m(MWCNTs)/m(CaCl2)=2∶1,反應(yīng)溫度為60℃，攪拌速度

5、400r/min。
　　研究了投加量、HA初始濃度、吸附時(shí)間、振蕩速度、pH值及溫度等因素對(duì)HA去除效果的影響。結(jié)果表明，HA去除率隨著載Ca磁性MWCNTs投加量的增加而增大，投加量增大到0.5mg/L以后，去除率升高緩慢。隨著HA初始濃度的增大，吸附量增加，而去除率卻減小。載Ca磁性MWCNTs與HA接觸的初期階段去除速率很快，后緩慢增加并在5h達(dá)到吸附平衡，平衡吸附量為39.41mg·g-1。振蕩速度增大到225r/min時(shí)

6、，HA去除率提高到91.84％，高于225r/min以后，去除率下降。隨著pH的增加，HA去除率也逐漸增大，在pH為5時(shí)達(dá)到峰值92.24％，之后繼續(xù)增大pH，去除率降低。載Ca磁性MWCNTs對(duì)HA的去除率是隨著溫度的升高而降低的，說(shuō)明低溫有利于載Ca磁性MWCNTs吸附HA，該吸附過(guò)程為放熱反應(yīng)。
　　通過(guò)場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡、X射線能譜分析、X-射線衍射、紅外光譜、BET比表面積、振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)等手段對(duì)載Ca磁性MWCNTs的形貌

7、、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行表征，證實(shí)在MWCNTs上成功附著以Fe3O4、γ-Fe2O3為主的磁性鐵氧化物和CaCO3。用準(zhǔn)一級(jí)、準(zhǔn)二級(jí)、液膜擴(kuò)散和顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析表明，準(zhǔn)二級(jí)模型更準(zhǔn)確地反映吸附過(guò)程的動(dòng)力學(xué)。吸附可能由兩個(gè)步驟所控制:HA從水溶液中遷移到載Ca磁性MWCNTs顆粒外表面，以及HA在顆粒表面活性位點(diǎn)上的吸附。采用Langmuir、Freundlich和Temkin三種等溫吸附模型進(jìn)行吸附過(guò)程的擬合，Temkin等溫方程擬合