功能化納米材料高效去除水中重金屬離子的性能研究.pdf

1、飲用水中的Pb2+，Cd2+等重金屬離子造成的水污染隨著工業(yè)發(fā)展愈發(fā)嚴(yán)重，由于其高毒性已經(jīng)成為人類健康的重大威脅。在各種去除重金屬離子的方法中，吸附法因其設(shè)備簡單、操作簡便、運行成本低，成為目前去除重金屬離子的主要方法。然而一些傳統(tǒng)吸附劑的pH適用范圍較窄，選擇性相對較差，吸附容量低會直接影響其對Pb2+，Cd2+等重金屬離子的去除效率。納米吸附劑由于其高比表面并且高的活性位點密度從而具有很高的去除重金屬離子效率。然而，納米尺寸的吸附劑

2、通常存在難以分離以及循環(huán)再生后效率低下等問題。因此研制的吸附劑，應(yīng)當(dāng)既可以保持該材料去除重金屬離子的優(yōu)異性能，又能解決其在使用上的一定局限性。目前對于納米材料的研究可以通過在磁性納米載體上修飾活性基團，通過活性基團上的羥基、羧基以及磺酸基與Pb2+，Cd2+等重金屬離子進(jìn)行絡(luò)合從而達(dá)到高效去除的效果，同時可以在外界磁場下，實現(xiàn)分離，再生后其吸附效率沒有明顯降低。因此，在實際水環(huán)境中利用合成的納米吸附劑，如何實現(xiàn)高效的吸附成為本研究的重點

3、。
　　本文重點論述了環(huán)境納米材料的制備，以及其對水中Pb2+，Cd2+吸附性能和吸附機理的探究。具體內(nèi)容如下:1、合成一種新的吸附劑，F(xiàn)e3O4磁性納米粒子（磺化Fe3O4-SO3HMNP），可以用于高效去除水中重金屬離子，然后在外界磁場作用下來實現(xiàn)有效分離，循環(huán)再生后重新投入使用。AMPS修飾到四氧化三鐵上產(chǎn)生額外活性位點，其中包括磺酸基、羥基、氨基，所以Fe3O4-SO3H納米粒子可有效去除重金屬離子。采用SEM、TEM、F

4、T-IR和BET對合成材料進(jìn)行表征。FTIR、XPS和Zeta電位被用來描述吸附機理。Fe3O4-SO3HMNP可以對水中的Pb2+和Cd2+進(jìn)行快速去除，在25℃時，它的吸附容量分別為108.93mg/g和80.9mg/g。將Pb2+和Cd2+的吸附等溫線進(jìn)行擬合，數(shù)據(jù)顯示Freundlich模型更加符合該吸附過程，表明Fe3O4-SO3H對Pb2+和Cd2+的吸附均發(fā)生多分子層吸附。在動力學(xué)研究中，與pseudo-first-ord

5、er模型相比，吸附動力學(xué)更加符合pseudo-second-order模型。通過pH、干擾離子影響以及再生實驗表明，該吸附劑在處理受到重金屬離子污染的水體時，有一定的應(yīng)用潛力。
　　2、通過共沉淀法合成的g-C3N4-Fe3O4磁性納米吸附劑，對于水中重金屬離子鎘具有良好的的吸附性能，同時由于其具備超順磁性，可以在外界磁場作用下實現(xiàn)有效分離。所制備的g-C3N4-Fe3O4用SEM、TEM進(jìn)行基本的形貌表征。分別用FTIR和XPS

6、揭示重金屬吸附機理。目標(biāo)吸附劑g-C3N4-Fe3O4與g-C3N4進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)其對于Cd2+的吸附效率明顯增強。探究了各種外界條件對吸附性能的影響，如pH值、吸附時間、吸附的Cd2+的初始濃度、干擾離子的濃度以及實驗溫度。在動力學(xué)研究中，與pseudo-first-order模型相比，吸附動力學(xué)更加符合pseudo-second-order模型。等溫吸附研究中，該納米顆粒的吸附過程符合Freundlich模型。對于熱力學(xué)參數(shù)也進(jìn)行了

7、計算，數(shù)據(jù)顯示了該吸附的過程是放熱且是自發(fā)進(jìn)行的。此外，在外界磁場作用下，可實現(xiàn)g-C3N4-Fe3O4與水的快速分離?？傊?，這是一個解決水中鎘污染的良好的方法。
　　(3)EDTA修飾的雞毛，在高濃度的Cd2+溶液中，可以對Cd2+進(jìn)行高效的吸附。由于該材料擁有更多的羧基，活性位點的增加對Cd2+的吸附提供了更大的可能性。用SEM以及TEM對未修飾的雞毛以及修飾上EDTA后的雞毛的形貌進(jìn)行表征。通過FT-IR表征，可以看出雞毛成