本文選題：磁性材料　切入點：鋯化　出處：《南京大學》2015年博士論文

【摘要】：過量磷排放會引起水體富營養(yǎng)化,目前廣泛采用的除磷技術中,吸附法由于工藝簡單,運行穩(wěn)定,通過脫附再生能實現(xiàn)磷資源的回收,成為最有效的除磷方法之一。近年來吸附除磷的研究重點主要集中在開發(fā)高效穩(wěn)定的吸附劑,其中納米金屬氧化物由于具有比表面積大,吸附能力強等優(yōu)點成為除磷吸附的首選材料。但納米顆粒粒徑小,表面能大,易團聚,導致無法均勻分散于水相中。且納米材料進入環(huán)境后回收困難,可能導致潛在的生態(tài)風險。磁性材料由于能夠實現(xiàn)外加磁性下的快速分離,成為近年來的研究熱點。本研究旨在探討既實現(xiàn)金屬氧化物的高度分散,又利用磁性實現(xiàn)分離的除磷材料的制備方法。本論文采用沉淀沉積法或后嫁接法制備鋯化磁性納米復合材料,考察材料對磷酸鹽的吸附能力及其在外加磁場下的分離效果,通過一系列表征手段考察吸附劑的結構和表面特性,探討水化條件如pH、離子強度等對磷酸鹽吸附效果的影響。得到的主要結論如下：1、采用Stober法合成無定型SiO2包覆的磁性材料Fe3O4@SiO2,用沉淀沉積法將無定型的納米氧化鋯顆粒沉積到Fe3O4@SiO2表面。利用XRD、TEM、 XPS、Zeta電位和磁性強度等手段對材料進行表征,結果表明磁性材料Fe3O4@SiO2表面成功沉積氧化鋯納米顆粒形成ZrO2殼。磁性檢測表明材料飽和磁強為15.3高斯,在外加磁場作用下能夠實現(xiàn)快速分離。吸附試驗表明Fe3O4@SiO2對磷酸鹽不具吸附性能,但鋯化后材料的磷酸鹽吸附量顯著增加,表明氧化鋯是磷酸鹽的吸附活性位。經氧化鋯含量標化后,平衡吸附量隨沉積量的增大而減小,這是因為體相沉積導致單位質量的氧化鋯吸附量降低。Fe3O4@SiO2 @ZrO2對磷酸鹽的吸附能夠用Freundlich方程擬合,吸附動力學符合擬二級動力學模型。溶液的pH會顯著影響吸附行為,吸附量隨pH的升高而不斷減��；離子強度的影響則很小2、納米的氧化鋯顆粒只有外表面參與吸附,體相沒有得到有效利用。而將氧化鋯以分子鍵作用嫁接在載體的表面,通過分子形式的分散可以有效提高氧化鋯的利用效率,進而提高材料的磷酸鹽吸附能力。在有機相和惰性氣氛保護下,利用后嫁接法得到鋯化磁性中孔材料ZrO2-MMS。載體MMS表面富含硅羥基,氧化鋯通過Si-OH以共價鍵Si-O-Zr的形式負載在材料表面。一系列表征結果表明氧化鋯呈現(xiàn)高度分散,粒徑約為10-20nm。材料的磁性使得在外磁場作用下易于實現(xiàn)分離。對磷酸鹽批次吸附試驗表明,負載氧化鋯后材料ZrO2-MMS對磷酸鹽的吸附效果顯著提高。與沉積法得到的材料Fe3O4@SiO2@ZrO2相比,單位質量氧化鋯的吸附量得到很大提升,吸附等溫線符合Freundlich方程。吸附動力學符合二級動力學模型,吸附速率隨磷酸鹽初始濃度的降低而加快。磷酸鹽吸附同時受顆粒內擴散和膜擴散影響,且提高磷酸鹽濃度導致膜擴散和顆粒內擴散阻力加劇。此外,提高溶液pH值會抑制磷酸鹽的吸附,而離子強度的變化對吸附效果的影響不大,這是因為磷在材料表面形成內層配合物。3、氧化硅作載體雖然具有比表面積高、毒性低、生物兼容性強等優(yōu)點,但在回收過程中對堿的耐受性不強,利用碳基替代硅基材料作為載體可以有效提高材料的耐堿性,因此采用水熱合成法成功制備了無定型碳包覆的磁性碳基核殼結構復合材料以實現(xiàn)有效的吸附劑脫附再生,然后通過沉淀沉積法對磁性材料表面進行鋯化。透射電鏡表明,粒徑為200-300nm的Fe3O4由數個粒徑在5-10nm之間的微小顆粒團簇而成,表面包覆的無定形碳厚度約為10nm,鋯化后形成厚度約25nm的Zr02殼。材料具有良好的超順磁性,在外加磁性作用下能實現(xiàn)快速分離。材料對磷酸鹽的吸附量與鋯化前相比顯著提高,吸附行為符合Freundlich方程；吸附量隨著氧化鋯沉積量的增加而提高；經氧化鋯含量標化后,三種沉積量的材料對磷酸鹽的平衡吸附量趨于一致,表明氧化鋯粒子的粒徑沒有因沉積量的增大而有顯著變化。吸附量隨溶液中pH值的增大而顯著減小,離子強度的影響不明顯。與硅基材料相比,碳材料化學性能穩(wěn)定,堿性條件下經9次脫附再生后對磷酸鹽仍具有良好的吸附能力,表明具備循環(huán)利用的潛能。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：X52;TB332

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 徐浩龍;;硅溶膠改性羧甲基纖維素-聚丙烯酸對鉛(Ⅱ)的吸附研究[J];河南科學;2012年07期

2 向陽，范瑾初，，高廷耀;膠聯(lián)蒙脫土對水中芳烴和鹵代烴的吸附研究[J];同濟大學學報(自然科學版);1995年03期

3 李改枝,趙慧,呂三虎;苯甲酸在土壤中的吸附研究[J];內蒙古師范大學學報(自然科學漢文版);2004年01期

4 朱樹秀,姚鷹,賈靜貽;新疆灰漠土對~14C-辛硫磷的吸附研究[J];農業(yè)環(huán)境科學學報;1989年05期

5 馮易君,陳文浚,李首健,張大元,向芹;水合氧化鐵對廢水中某些放射性核素的吸附研究[J];環(huán)境污染與防治;1995年02期

6 張瑋;魏愛斌;;改性橙皮對汞的吸附研究[J];廣東化工;2012年05期

7 艾亞菲;;超細椰果纖維素對銅離子的吸附研究[J];水處理技術;2008年07期

8 賈松濤;;泥炭對水中重金屬的吸附研究[J];今日科苑;2009年20期

9 黃燕,江林根,陳國慶;粘土對硒的吸附研究.Ⅱ.[J];離子交換與吸附;1993年04期

10 孫保帥;朱春山;王天貴;;吡啶氯化氨基樹脂對銅離子的吸附研究[J];遼寧化工;2009年09期

相關會議論文 前10條

1 李德亮;劉晴;李霞;于飛;;氨基改性二氧化硅對茜素紅的吸附研究[A];第十屆中國化學會分析化學年會暨第十屆全國原子光譜學術會議論文摘要集[C];2009年

2 劉明學;董發(fā)勤;劉靜;王海燕;龐小峰;;固定化酵母菌對極低濃度鍶離子的吸附研究[A];中國礦物巖石地球化學學會第12屆學術年會論文集[C];2009年

3 李U喦

本文編號：1656614