本文關(guān)鍵詞：氧化石墨烯基鐵鋁復(fù)合磁性納米材料的制備及除氟性能研究

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【摘要】：氟是人體不可缺少的一種微量元素,但是,如果過(guò)多攝入氟超標(biāo)的飲用水會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重影響。在中國(guó)許多經(jīng)濟(jì)比較落后的農(nóng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū),人們正在遭受飲用高氟水帶來(lái)的危害。為了實(shí)現(xiàn)飲用水的低氟化甚至無(wú)氟化,必須尋找到一種經(jīng)濟(jì)、高效、易操作的除氟技術(shù)。但是現(xiàn)有的大多數(shù)吸附劑存在吸附容量不高、應(yīng)用pH范圍窄、回收困難等問(wèn)題。為此,本文在系統(tǒng)查閱和深入分析大量國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,制備了以氧化石墨烯(GO)為載體的磁性納米鐵鋁氧化物復(fù)合材料(IAO/GO),并研究了IAO/GO除氟性能以及機(jī)理。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：(1)以氧化石墨烯為載體,通過(guò)一步堿性共沉淀法,合成了一種新型的氧化石墨烯基鐵鋁氧化物磁性納米復(fù)合材料(IAO/GO)以去除水體中超標(biāo)的氟化物。通過(guò)一步合成法,實(shí)現(xiàn)了GO和二元磁性納米鐵鋁氧化物的復(fù)合,簡(jiǎn)化了合成步驟,改變了磁性材料傳統(tǒng)的核殼結(jié)構(gòu)。通過(guò)將IAO與GO各自的優(yōu)勢(shì)結(jié)合,IAO/GO表現(xiàn)出較高的吸附容量、較好的酸堿穩(wěn)定性、超順磁性和對(duì)氟的選擇性吸附。本文研究了制備過(guò)程中物料配比以及煅燒溫度兩個(gè)因素對(duì)IAO/GO吸附容量的影響,得到最佳物料配比為Fe3+:Fe2+:Al3+=1.5:1:4.5,且FeCl3·6H2O、 FeCl2·4H2O和AICl3·6H2O三者的總質(zhì)量與GO的質(zhì)量比為10：1,最佳煅燒溫度為200℃。(2)通過(guò)配備有X射線能譜儀(EDS)的高分辨率透射電鏡(HRTEM),X射線衍射譜儀(XRD),傅里葉變換紅外光譜儀(FT-IR),X射線光電子能譜儀(XPS),交變梯度磁強(qiáng)計(jì)(AGM)以及比表面積測(cè)試等手段對(duì)制得的IAO/GO進(jìn)行了表征分析。結(jié)果表明,本研究成功制得了層數(shù)較少的氧化石墨烯和IAO/GO,并且IAO均勻地負(fù)載在氧化石墨烯表面,整個(gè)材料呈現(xiàn)非晶體狀態(tài)。IAO與氧化石墨烯進(jìn)行負(fù)載,可有效的減小IAO的團(tuán)聚程度,增大吸附劑比表面積,IAO/GO的比表面積達(dá)到349 m2/g,與IAO的303 m2/g相比,提高15%。IAO/GO的飽和磁強(qiáng)度為7.5 emu/g,能保證在外磁場(chǎng)的作用下實(shí)現(xiàn)迅速分離。(3)通過(guò)靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn),研究了吸附劑投加量、溶液初始pH值、初始氟離子濃度、接觸時(shí)間、共存陰離子等因素對(duì)除氟效率的影響。偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型能夠最好的描述IAO/GO對(duì)氟離子的吸附動(dòng)力學(xué)曲線。Langmuir模型與IAO/GO對(duì)氟離子的吸附等溫線擬合情況最好,由Langmuir模型計(jì)算得到IAO/GO對(duì)氟的飽和吸附容量為64.72 mg/g。IAO/GO的等電荷點(diǎn)pHPZC為6.2,在pH 4～10的范圍內(nèi),都展現(xiàn)出較高的吸附容量,其最佳pH為4.22。IAO/GO除氟效果受共存離子影響的情況為：N03-和C1-的影響非常小,S042-的影響次之,HP042-的影響最大。(4)根據(jù)表征和實(shí)驗(yàn)結(jié)果,初步探究了IAO/GO的吸附機(jī)理。IAO/GO對(duì)氟離子的吸附機(jī)理為靜電吸附、離子交換和內(nèi)層絡(luò)合三種機(jī)制共同作用的結(jié)果�？傊�,本研究所制備的IAO/GO吸附劑能廣泛應(yīng)用于氟化物的去除,并取得令人滿意的效果。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU991.2;TB383.1

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1 江強(qiáng);周細(xì)應(yīng);;磁性納米材料的制備及其在軍事上的應(yīng)用[J];材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào);2012年03期

2 劉苗;杜卓;李攻科;;磁性納米材料在樣品前處理中的應(yīng)用進(jìn)展[J];分析科學(xué)學(xué)報(bào);2012年03期

3 ;書(shū)刊征訂[J];分析化學(xué);2013年07期

4 ;生物醫(yī)用磁性納米材料與器件[J];生物技術(shù)通訊;2013年06期

5 陳功;殷s，

本文編號(hào)：1170027