Fe3O4-碳磁性復(fù)合材料的制備及其對水中污染物的吸附性能研究.pdf

1、Fe3O4納米粒子因具有特殊的磁性能、高表面活性、優(yōu)異的生物活性等性能而廣泛的應(yīng)用在磁流體電池、催化劑、吸附材料等領(lǐng)域。碳材料作為一種傳統(tǒng)的吸附材料，具有比表面積大、吸附能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。單從體積考慮，吸附劑粒徑越小，比表面積越大，吸附性能越好。但粒徑越小越難以分離，這就使得其在使用過程中難以回收而造成使用成本增加，造成資源浪費(fèi)。磁分離技術(shù)恰好解決了這個問題。碳材料包覆納米Fe3O4顆粒結(jié)合了兩部分原料的優(yōu)點(diǎn):一方面能夠具有較強(qiáng)的吸附能力，

2、一方面可以實(shí)現(xiàn)與水的快速分離。本論文研究制備了多種Fe3O4納米粒子和Fe3O4/碳(Fe3O4/C)復(fù)合材料，探究其對羅丹明B的吸附性能，具體成果如下:
　　1.微流法制備Fe3O4納米粒子
　　利用微流法制備了Fe3O4納米粒子，研究了原料濃度和流速等工藝參數(shù)對Fe3O4納米粒子的結(jié)構(gòu)和形貌的影響。結(jié)果表明:當(dāng)NaOH濃度為0.2-0.3 mol/L、流速為20 mL/min時，F(xiàn)e3O4為類球形結(jié)構(gòu)，平均粒徑為8.3-

3、9.7 nm;當(dāng)NaOH濃度為3.6 mol/L、流速為20 mL/min時，F(xiàn)e3O4為棒狀結(jié)構(gòu)，平均直徑約為8.4 nm;當(dāng)NaOH濃度為3.6 mol/L、流速為5 mL/min時，F(xiàn)e3O4為規(guī)整的六邊形結(jié)構(gòu)，大小約為100 nm。
　　2.兩步法制備Fe3O4/C復(fù)合材料及其吸附性能
　　分別以三種Fe3O4納米粒子(商品化Fe3O4(C-Fe3O4)、共沉淀法（傳統(tǒng)滴加法）制備的Fe3O4(TA-Fe3O4)以及

4、微流法制備的Fe3O4(MF-Fe3O4))為磁核，與碳源在水熱條件下制備出Fe3O4/C（分別為C-Fe3O4/C、TA-Fe3O4/C和MF-Fe3O4/C）復(fù)合材料，對其結(jié)構(gòu)和吸附性能進(jìn)行了研究，討論了循環(huán)次數(shù)、溫度、pH等工藝參數(shù)對羅丹明B吸附量的影響，研究了吸附動力學(xué)。研究表明，在C(RhB)=1 g/L、T=20℃以及pH=3的條件下，三種吸附劑對羅丹明B的吸附量分別為76.4 mg/g，103.7 mg/g以及135 mg

5、/g。對于TA-Fe3O4/C和MF-Fe3O4/C，五次循環(huán)使用后吸附效率分別為初始值的88.1％和88.7％;改變吸附溫度(20-70℃)，羅丹明B吸附量都是先上升后下降，在T=60℃達(dá)到最大，最大吸附量分別為141.2 mg/g和170.1 mg/g;改變?nèi)芤簆H(2-11)，羅丹明B吸附量都是先上升后下降，在pH=9達(dá)到最大，最大吸附量分別為122.6mg/g和154.5 mg/g。TA-Fe3O4/C與MF-Fe3O4/C吸附

6、羅丹明B的過程都遵循二級動力學(xué)方程，但由于染料濃度過高，不適用于Freundich吸附等溫方程。
　　3.一步法連續(xù)制備Fe3O4/C復(fù)合材料及其吸附性能
　　通過耦合微流法和超聲噴霧熱解法，成功地連續(xù)制備出Fe3O4/C復(fù)合材料，并對其結(jié)構(gòu)和吸附性能進(jìn)行了研究，討論了染料濃度、溫度、pH、循環(huán)次數(shù)對羅丹明B吸附量的影響，研究了吸附動力學(xué)。研究表明，羅丹明B濃度越高，F(xiàn)e3O4/C吸附量越大。在C(RhB)=1g/L、T=2

7、0℃以及pH=3的條件下，F(xiàn)e3O4/C吸附量可達(dá)154.6 mg/g。循環(huán)利用五次后Fe3O4/C吸附率為初始值的80.1％。改變吸附溫度（20-70℃），羅丹明B吸附量先上升后下降，在T=60℃達(dá)到最大，最佳吸附量為183.6 mg/g;改變?nèi)芤簆H(2-11)，羅丹明B吸附量先上升后下降，在pH=9達(dá)到最大，最大吸附量為169.4 mg/g。Fe3O4/C對吸附羅丹明B的過程遵循二級動力學(xué)方程，染料濃度為100 mg/L及250