磁性石墨烯納米材料對(duì)水中第一類重金屬的吸附研究.pdf

1、對(duì)水體中第一類重金屬污染物的治理是當(dāng)今人們急切關(guān)注的問題。針對(duì)這一問題，吸附法已經(jīng)被廣泛使用，但是傳統(tǒng)的吸附劑具有回收困難的缺點(diǎn)。本研究采用磁性石墨烯納米材料實(shí)現(xiàn)對(duì)水中第一類重金屬污染物的高效吸附。將石墨烯與鐵氧化物復(fù)合，制備了磁性納米復(fù)合材料鐵酸鈷-還原的氧化石墨烯(CoFe2O4-rGO)以及鐵酸鈷-殼聚糖/還原的氧化石墨烯(MCGS)，并研究了它們對(duì)水中的第一類重金屬污染物的吸附去除，論文的主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　(1

2、)將磁性材料與石墨烯進(jìn)行復(fù)合，制備了CoFe2O4-rGO和MCGS，并對(duì)合成出的材料進(jìn)行了SEM、FTIR、XRD、BET、Zeta電位及磁分離效果等表征，結(jié)果表明，磁性材料已成功復(fù)合在石墨烯的表面，CoFe2O4-rGO和MCGS制備成功。
　　(2)將CoFe2O4-rGO用于水中重金屬的吸附去除研究，以Pb(Ⅱ)和Hg(Ⅱ)為代表，探討了最佳吸附條件，通過吸附動(dòng)力學(xué)，吸附等溫線及吸附熱力學(xué)探討了該過程的吸附機(jī)理。得到最佳吸

3、附條件:(i)Pb(Ⅱ):在吸附劑用量為8 mg、振蕩時(shí)間為80 min、pH=5.3的最佳吸附條件下，Pb(Ⅱ)去除率可達(dá)80％以上;(ii) Hg(Ⅱ):在吸附劑用量為7 mg、振蕩時(shí)間為60 min、pH=4.6的最佳吸附條件下，Hg(Ⅱ)去除率可達(dá)80％以上。對(duì)它們的吸附過程進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)擬合，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，即吸附過程是化學(xué)吸附，計(jì)算得到的CoFe2O4-rGO對(duì)Pb(Ⅱ)和Hg(Ⅱ)的理論飽和吸附量分別為123

4、.3 mg/g和27.91 mg/g。在不同溫度下CoFe2O4-rGO對(duì)水中Pb(Ⅱ)和Hg(Ⅱ)的吸附均較好的符合Langmuir型，說明CoFe2O4-rGO對(duì)Pb(Ⅱ)和Hg(Ⅱ)的吸附均為單分子層吸附。吸附熱力學(xué)研究表明，CoFe2O4-rGO對(duì)Pb(Ⅱ)和Hg(Ⅱ)的吸附是均為可以自發(fā)進(jìn)行的放熱反應(yīng)，升高溫度不利于反應(yīng)的進(jìn)行。(iii)將CoFe2O4-rGO用于水中其他重金屬離子的研究，以Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅲ)為代表，其吸

5、附效果較差。
　　(3)將MCGS用于水中重金屬的吸附去除研究，以Hg(Ⅱ)為代表，探討了最佳吸附條件，通過吸附動(dòng)力學(xué)，吸附等溫線及吸附熱力學(xué)探討了該過程的吸附機(jī)理。得到最佳吸附條件:吸附劑用量為6 mg、振蕩時(shí)間為240 min、pH=7.0。在最佳吸附條件下，去除率可達(dá)80％以上。對(duì)該吸附過程進(jìn)行的動(dòng)力學(xué)擬合得出其符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，即為化學(xué)吸附，計(jì)算得到的MCGS對(duì)Hg(Ⅱ)的理論飽和吸附量為182.8 mg/g。在不同溫

6、度下MCGS對(duì)水中Hg(Ⅱ)的吸附均較好的符合Langmuir型吸附等溫線，說明MCGS對(duì)Hg(Ⅱ)的吸附是表面均勻的單分子層吸附。吸附熱力學(xué)研究表明:⊿G＜0，⊿H＞0。MCGS對(duì)Hg(Ⅱ)的吸附是一個(gè)可以自發(fā)進(jìn)行吸熱反應(yīng)，升高溫度有利于反應(yīng)的進(jìn)行。⊿S＞0說明熵值變大，吸附過程中混亂度增加。
　　將MCGS用于水中其他重金屬離子的研究，以Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅲ)為代表，其吸附效果較差。
　　(4)分別研究了不同