錳氧化物納米材料的制備及其對(duì)甲基橙的吸附研究.pdf

1、含有染料的工業(yè)廢水的大量排放造成了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，因?yàn)槿玖蠈?duì)生命機(jī)體有毒，其中一些還會(huì)誘發(fā)癌癥，在環(huán)境中難以降解容易累積，會(huì)直接破壞水體環(huán)境。由此可見(jiàn)，去除廢水中的染料對(duì)于人體健康和環(huán)境保護(hù)都具有十分重大的意義。目前，研究人員已經(jīng)報(bào)道了多種方法用于處理含有染料的廢水，其中，傳統(tǒng)的吸附法技術(shù)有著去除效果好、易于操作、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，而成為應(yīng)用最廣泛的處理方法。在種類繁多的吸附劑材料中，二氧化錳（MnO2）及其它錳的氧化物具有很大

2、的比表面積、良好的吸附能力、較好的化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，因而在水處理應(yīng)用中受到了研究人員廣泛的關(guān)注。本論文通過(guò)制備不同納米結(jié)構(gòu)和不同晶型的二氧化錳及其它錳的氧化物，以甲基橙作為吸附質(zhì)，探討所制備的材料對(duì)水溶液中甲基橙的吸附過(guò)程，從而對(duì)材料性質(zhì)和吸附機(jī)理進(jìn)行研究。
　　本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　一、不同納米結(jié)構(gòu)H-δ-MnO2的合成及對(duì)甲基橙的吸附研究
　　首先分別通過(guò)水熱法和熱分解法制備出含有K+的δ-MnO2（K-

3、δ-MnO2）納米片和納米顆粒，之后通過(guò)質(zhì)子交換得到含有H+的δ-MnO2（H-δ-MnO2）納米材料。所得的δ-MnO2納米材料借助掃描電子顯微鏡、X-射線能譜分析、紅外光譜法和比表面積分析等表征手段來(lái)確認(rèn)質(zhì)子交換之后K+確實(shí)成功地被H+替換。以甲基橙作為吸附質(zhì)，研究了質(zhì)子交換前后δ-MnO2納米材料的吸附性能。通過(guò)質(zhì)子交換作用，首次研究了存在于δ-MnO2孔道中的K+在吸附過(guò)程中的作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)質(zhì)子交換后，H-δ-MnO2納

4、米片和納米顆粒的吸附量分別能達(dá)到375和427 mg/g，與K-δ-MnO2相比大約提高了2.5倍，這是由于H+替換K+后，材料的比表面積和孔容都明顯增加，這說(shuō)明 K+的存在對(duì)吸附過(guò)程是不利的。在H-δ-MnO2納米材料對(duì)甲基橙的吸附過(guò)程中，包含靜電作用在內(nèi)的物理吸附是主要的吸附機(jī)理。因此，H-δ-MnO2納米材料對(duì)于去除廢水中的甲基橙具有良好的應(yīng)用前景，并且質(zhì)子交換作用能夠有效提高δ-MnO2納米材料對(duì)于染料的吸附效果。
　　二

5、、不同晶型結(jié)構(gòu)的錳氧化物納米材料的合成及其對(duì)甲基橙的吸附研究
　　通過(guò)簡(jiǎn)單方法合成具有不同晶型結(jié)構(gòu)的錳氧化物納米材料（α-，β-，γ-和δ-MnO2，Mn2O3，Mn3O4以及無(wú)定型MnO2（A-MnO2）），通過(guò)掃描電子顯微鏡、X-射線衍射和比表面積分析等表征手段分析材料的結(jié)構(gòu)。以甲基橙作為吸附質(zhì)，選擇多種吸附材料，對(duì)不同材料之間的吸附能力進(jìn)行比較研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這些材料的吸附效果強(qiáng)烈依賴于晶體結(jié)構(gòu)和形貌，其吸附效果順序?yàn)椋?/p>

6、A-MnO2＞Mn2O3＞Mn3O4＞α-MnO2納米線＞β-MnO2＞γ-MnO2＞α-MnO2納米管＞δ-MnO2，此外，提高吸附劑的比表面積和孔的性質(zhì)可以有效增強(qiáng)吸附劑的吸附性能。Langmuir等溫模型擬合得到A-MnO2，對(duì)甲基橙的最大吸附量可達(dá)到1488.7 mg/g，吸附動(dòng)力學(xué)符合準(zhǔn)二階動(dòng)力學(xué)模型，并且吸附過(guò)程由內(nèi)擴(kuò)散和外擴(kuò)散共同控制。熱力學(xué)參數(shù)擬合結(jié)果表明A-MnO2對(duì)甲基橙的吸附過(guò)程為自發(fā)、放熱的過(guò)程。該吸附過(guò)程中，包