【摘要】：地表水和地下水系統(tǒng)中的有機(jī)污染物嚴(yán)重危害了水生態(tài)系統(tǒng)以及人類(lèi)健康。近年來(lái),隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)、人類(lèi)生活排放大量的污染物進(jìn)入環(huán)境中,在有機(jī)污染物的去除方面進(jìn)行了大量的研究。吸附法因其高效、廉價(jià)、操作簡(jiǎn)單、對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)吸附材料最大的缺點(diǎn)就是在實(shí)際水處理過(guò)程中去除效率低、有限的回收利用率。因此開(kāi)發(fā)新型的應(yīng)用范圍廣、去除效率高的吸附材料非常重要。本文設(shè)計(jì)合成了四種以鎂鐵水滑石為基材的有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合吸附材料,系統(tǒng)研究了四種吸附材料分別對(duì)不同有機(jī)污染物的吸附性能,深入探討了不同吸附材料分別對(duì)不同污染物的吸附機(jī)制,具體研究成果如下:1)利用共沉淀法,制備了殼聚糖基鎂鐵水滑石煅燒材料(CSLDO),避免單一水滑石的團(tuán)聚,具備較大的比表面積和吸附容量。分別采用物理和化學(xué)的分析方法對(duì)CSLDO進(jìn)行表征,同時(shí)用于去除溶液中的甲基橙(MO)和四環(huán)素(TC)。結(jié)果表明合成過(guò)程中首先形成納米顆粒,然后聚集形成多孔和層狀交錯(cuò)的結(jié)構(gòu)。殼聚糖基鎂鐵水滑石在400℃下煅燒的產(chǎn)物(CSLDO400)具有最大的比表面積(116.98 m~2 g~(-1))和孔體積(0.411 cm~3 g~(-1));CSLDO400在pH=5-9時(shí)對(duì)MO具有最大的吸附容量,在pH為9時(shí)對(duì)TC吸附最佳;二價(jià)和三價(jià)陰離子對(duì)吸附過(guò)程影響較大,而一價(jià)陰離子對(duì)吸附過(guò)程基本沒(méi)有影響;吸附動(dòng)力學(xué)表明MO和TC的吸附過(guò)程均遵循準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型;MO吸附等溫線(xiàn)與Langmuir模型的契合度較高,TC的吸附等溫線(xiàn)與Freundlich模型的契合度較高,MO和TC在298K溫度下的最大單分子層吸附量分別約為1266.42和195.31 mg g~(-1);吸附過(guò)程均是自發(fā)的吸熱過(guò)程;進(jìn)行五次吸-脫附實(shí)驗(yàn)后,CSLDO400仍保持較高的穩(wěn)定性。吸附機(jī)理主要是水滑石層間離子的離子交換,以及鎂鐵金屬混合氧化物在恢復(fù)水滑石原始的層狀結(jié)構(gòu)過(guò)程中嵌入陰離子形式的MO和TC分子。2)利用水熱合成法,以g-C_3N_4為基材成功制備了g-C_3N_4@Mg-Fe LDH復(fù)合材料,并利用腐殖酸(HA)對(duì)其表面進(jìn)行了改性。通過(guò)TEM、SEM、XRD、BET、TGA、FT-IR、XPS等技術(shù)對(duì)HA改性的g-C_3N_4@Mg-Fe LDH復(fù)合材料(g-C_3N_4@Mg-Fe LDH/HA)進(jìn)行了表征。SEM結(jié)果表明g-C_3N_4@Mg-Fe LDH/HA具有明顯的層狀結(jié)構(gòu),且表面成功負(fù)載有大量的HA。g-C_3N_4@Mg-Fe LDH/HA對(duì)四環(huán)素(TC)、2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)和草甘膦(GP)的吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:負(fù)載HA的g-C_3N_4@Mg-Fe LDH中的HA濃度為100 mg L~(-1)時(shí),對(duì)TC、2,4-DCP和GP的吸附容量相對(duì)較高;吸附TC的最佳pH范圍是7~9,2,4-DCP和GP的吸附的最佳pH范圍是3~9;溶液中離子強(qiáng)度對(duì)g-C_3N_4@Mg-Fe LDH/HA100的吸附容量影響有限;TC、2,4-DCP和GP的吸附過(guò)程均與準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型的契合度更高;TC和GP的吸附數(shù)據(jù)更適合利用Freundlich等溫吸附模型進(jìn)行擬合,而2,4-DCP的吸附過(guò)程與Langmuir等溫吸附模型的契合度更高;TC、2,4-DCP和GP的吸附過(guò)程均是自發(fā)的吸熱過(guò)程。吸附機(jī)理主要是水滑石層間離子交換以及HA表面的各種基團(tuán)與有機(jī)污染物之間產(chǎn)生的表面絡(luò)合和氫鍵作用。3)利用共沉淀法和熱合成法,合成了g-C_3N_4基多孔聚酰亞胺(g-C_3N_4@PI),并以此為基礎(chǔ)制備了g-C_3N_4@PI@Mg-Fe LDO有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合吸附材料。分別采用TEM、SEM、XRD、BET、TGA和FT-IR、XPS等表針手段的分析了復(fù)合材料的物理和化學(xué)性能。SEM和BET的分析結(jié)果顯示g-C_3N_4@PI顯著改變了Mg-Fe LDH的的表面形態(tài)、比表面積。g-C_3N_4@PI@Mg-Fe LDO對(duì)TC、2,4-DCP和GP的吸附結(jié)果顯示:g-C_3N_4@PI@Mg-Fe LDO在較廣的pH范圍內(nèi)對(duì)TC、2,4-DCP和GP均具有較好的吸附性能,最佳pH范圍分別為7~9,3~9和9;離子強(qiáng)度和HA對(duì)吸附過(guò)程的影響都比較有限;吸附動(dòng)力學(xué)表明TC和GP的吸附過(guò)程與準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型契合度高,而2,4-DCP的吸附過(guò)程更適合遵循準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型;TC、2,4-DCP和GP的吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均更加適合利用Freundlich等溫吸附模型進(jìn)行擬合,三種污染物在298K溫度下的最大單分子層吸附量分別約為154.8、170.36和197.63 mg g~(-1);吸附過(guò)程均是自發(fā)的吸熱過(guò)程;進(jìn)行五次吸-脫附實(shí)驗(yàn)后,g-C_3N_4@PI@Mg-Fe LDO仍保持較高的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。吸附機(jī)理主要是水滑石層間離子交換以及PI與有機(jī)污染物之間產(chǎn)生的氫鍵和表面絡(luò)合作用。4)利用共沉淀法和熱合成法,成功制備了一種新穎的在Fe_3O_4表面涂層多孔聚酰亞胺(PI)和水滑石(LDH)的核殼結(jié)構(gòu)的磁性PI@LDO復(fù)合材料。通過(guò)TEM、SEM、XRD、BET、TGA、FT-IR、XPS以及磁性測(cè)量等技術(shù)對(duì)磁性PI@LDO進(jìn)行表征。其結(jié)果表明磁性PI@LDO復(fù)合材料具有明顯的核殼結(jié)構(gòu),且表面展示出類(lèi)似花瓣?duì)畹男螒B(tài),比表面積較大(154 m~2 g~(-1))。磁性PI@LDO還被用于去除溶液中的TC、2,4-DCP和GP。TC和GP吸附的最佳pH范圍是5~9,2,4-DCP吸附的最佳pH范圍是3~7;溶液中存在的腐殖酸對(duì)磁性PI@LDO的吸附容量影響有限;TC和GP的吸附過(guò)程與準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型的契合度更高,而2,4-DCP的吸附過(guò)程更適合利用準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行擬合;TC和2,4-DCP的吸附數(shù)據(jù)更適合利用Freundlich等溫吸附模型進(jìn)行擬合,而GP的與Langmuir等溫吸附模型的契合度更高;TC、2,4-DCP和GP的吸附過(guò)程均是自發(fā)的吸熱過(guò)程;在吸附再生實(shí)驗(yàn)中,磁性PI@LDO顯示出優(yōu)越的可重復(fù)性和穩(wěn)定性。吸附機(jī)理主要是水滑石層間離子交換以及PI與有機(jī)污染物之間產(chǎn)生的氫鍵和表面絡(luò)合作用。
【圖文】：

圖 1.1 聚酰亞胺結(jié)構(gòu)性納米材料年來(lái)，越來(lái)越多的研究者開(kāi)始研究磁性納米顆粒（MNP），并將其理中分離污染物[101]。磁性納米顆粒能夠在外磁場(chǎng)的作用下簡(jiǎn)單、快收，因此引起了許多研究者的注意，并設(shè)計(jì)合成了許多新穎的磁性目前合成 Fe3O4以及以 Fe3O4為核心改性的磁性納米復(fù)合材料的方主要包括水熱和溶劑熱法、沉淀法、微乳液法和溶膠-凝膠法。再合構(gòu)的納米復(fù)合材料時(shí)，磁性的核層有許多種，主要包括鐵鈷氧體[103]以及 Fe3O4[105-107]，，其中以 Fe3O4為殼層的磁性納米復(fù)合材料的研究近，研究人員對(duì)一步熱合成法對(duì) Fe3O4進(jìn)行改性并保持良好的磁學(xué)性ng Chen 等[109]合成了一種新穎的多級(jí)孔道結(jié)構(gòu)的 Fe3O4@MgAl-LD料，并研究了其吸附廢水中有機(jī)染料的性能，結(jié)果顯示合成的磁性均勻的垂直/水平的血小板形態(tài)，且對(duì)剛果紅的最大吸附容量達(dá)到

狀結(jié)構(gòu)[112]（如圖1.2）。水滑石結(jié)構(gòu)中許多二價(jià)金屬離子與三價(jià)金屬離子之間同晶置換，在層狀框架中產(chǎn)生了大量的剩余正電荷，這使得大量的陰離子和水分子置于層間來(lái)平衡剩余正電荷[113, 114]。水滑石和類(lèi)水滑石的化學(xué)通式為[Mx2+My3+(OH)2(x+ y)]Ay / nn ·mH2O，其中M2+代表二價(jià)金屬離子，如Zn, Mg, Cu, Co, Ni 等；M3+代表三價(jià)金屬離子，如Al, Fe, Cr等；An 代表可交換的電荷補(bǔ)償無(wú)機(jī)或有機(jī)陰離子。m是水滑石化合物中含水的摩爾數(shù)，y是水滑石化合物中M3+的摩爾分?jǐn)?shù)。水滑石和類(lèi)水滑石所具有的的層狀空間和大量的可交換陰離子，使其非常適合作為離子交換提和吸附材料而使用。近年來(lái)，研究人員根據(jù)水滑石和類(lèi)水滑石獨(dú)特的結(jié)構(gòu)分別將其作為催化劑載體、催化劑、吸附劑[115]、離子交換劑[116-118]進(jìn)行了大量的研究。水滑石及類(lèi)水滑石合成一般只利用一種二價(jià)金屬離子（Mg2+、Fe2+、Ni2+等）和一種三價(jià)金屬離子（Al3+、Cr3+、Mn3+、Fe3+等）作為雙金屬離子來(lái)源。而隨著水滑石的深入
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TB33;O647.3

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;泰興鋁鎂鋁鎂水滑石生產(chǎn)線(xiàn)榮入山西省工業(yè)重點(diǎn)推進(jìn)項(xiàng)目[J];中國(guó)粉體工業(yè);2009年04期

2 聶穎;肖明;;水滑石類(lèi)化合物及其在塑料中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J];塑料助劑;2018年02期

3 郎集會(huì);張思琪;李天順;王佳英;孫雨婷;;水滑石與類(lèi)水滑石的催化性能研究[J];吉林師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2017年02期

4 董子杏;畢佳鑫;海波;;鎳鈷鉻三元水滑石的制備及其電化學(xué)性能探索[J];化工技術(shù)與開(kāi)發(fā);2017年09期

5 王佳翰;郎春燕;陳小平;;水滑石類(lèi)穩(wěn)定劑熱穩(wěn)定效果的影響因素及其使用途徑[J];中國(guó)塑料;2015年04期

6 孫艷慧;;水滑石類(lèi)材料在廢水處理方面的應(yīng)用進(jìn)展[J];黃金科學(xué)技術(shù);2015年03期

7 吳霞;張立忠;趙秀峰;;活性炭復(fù)合鎳鋁水滑石的制備[J];黑龍江科技信息;2015年27期

8 徐芳;;乙二胺四乙酸柱撐鎂鋅鋁三元水滑石的制備與表征[J];化學(xué)研究;2014年02期

9 江平;蔣志城;;水滑石類(lèi)層柱材料在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用研究[J];浙江樹(shù)人大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2006年02期

10 周良芹;付大友;袁東;;水滑石類(lèi)化合物的研究進(jìn)展[J];四川理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年05期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 吳曉妮;;水滑石類(lèi)化合物在催化領(lǐng)域中的應(yīng)用[A];第七屆全國(guó)工業(yè)催化技術(shù)及應(yīng)用年會(huì)論文集[C];2010年

2 譚琦;劉新海;李一波;劉玉林;;水滑石類(lèi)化合物的應(yīng)用研究進(jìn)展[A];2014年中國(guó)非金屬礦科技與市場(chǎng)交流大會(huì)論文集[C];2014年

3 徐潔;楊飄萍;;勃姆石溶膠輔助合成石墨烯/鈷鋁水滑石復(fù)合物及其電化學(xué)性能研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第37分會(huì)：能源納米科學(xué)與技術(shù)[C];2014年

4 李曉舟;郭影;;多核固體核磁共振技術(shù)研究水滑石材料的記憶效應(yīng)[A];第十八屆全國(guó)波譜學(xué)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2014年

5 張文會(huì);何靜;錢(qián)振義;段雪;;鎳鈦水滑石的制備和表征[A];第一屆全國(guó)化學(xué)工程與生物化工年會(huì)論文摘要集(下)[C];2004年

6 田陽(yáng);畢永民;李亞平;孫曉明;;鎳鐵水滑石作為析氧反應(yīng)催化劑的性能研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第30屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集-第十九分會(huì)：化學(xué)中的量子與經(jīng)典動(dòng)力學(xué)[C];2016年

7 謝亞茹;徐賽龍;段雪;;醇體系中膠體水滑石的工程化制備[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第26屆學(xué)術(shù)年會(huì)納米化學(xué)分會(huì)場(chǎng)論文集[C];2008年

8 王曉彤;徐婷;楊迎生;徐賽龍;張法智;;基于水滑石前軀體微球的鈷鐵尖晶石空心球的制備、磁學(xué)性能及電化學(xué)性能研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第10分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

9 趙智平;匡曄;徐賽龍;張法智;;水滑石納微圖案化薄膜固載熒光蛋白的性能研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第16分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

10 蘇繼新;王仲鵬;聶玉倫;牟真;蔣政;郝鄭平;;鑭摻雜水滑石材料的熱分解過(guò)程研究[A];第十一屆全國(guó)稀土催化學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前5條

1 記者 李麗云 通訊員 唐曉偉;藥物效力“導(dǎo)航儀”說(shuō)了算[N];科技日?qǐng)?bào);2013年

2 記者 許正;藥物“精確打擊”成為現(xiàn)實(shí)[N];人民日?qǐng)?bào)海外版;2013年

3 唐曉偉 記者 姜雪松;“導(dǎo)航儀”能把藥物直送病灶[N];哈爾濱日?qǐng)?bào);2013年

4 衣曉峰;“導(dǎo)航儀”能使藥物直抵病變部位[N];中國(guó)醫(yī)藥報(bào);2013年

5 甘曉;科學(xué)家成功合成新型電解水催化劑[N];黃河報(bào);2016年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 吳漢軍;鎂鐵水滑石基復(fù)合材料的制備及其對(duì)廢水中有機(jī)污染物的吸附性能研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué);2018年

2 李蕾;類(lèi)水滑石材料新制備方法及結(jié)構(gòu)與性能的理論研究[D];北京化工大學(xué);2002年

3 李文卓;層嵌主客體功能復(fù)合化合物研究[D];吉林大學(xué);2004年

4 茍國(guó)敬;鎂鋁層狀復(fù)合氫氧化物微晶的合成與應(yīng)用基礎(chǔ)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（青海鹽湖研究所 ）;2005年

5 徐向宇;層狀α-Ni（OH）_2和鎳鋁水滑石的光敏性能研究[D];北京化工大學(xué);2006年

6 杜隆超;聚合物/水滑石類(lèi)層狀雙氫氧化物復(fù)合材料的制備和結(jié)構(gòu)性能研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

7 鄭崇輝;磁性水滑石的制備與表征[D];哈爾濱工程大學(xué);2007年

8 張嫻;水溶性銠膦配合物插層水滑石的組裝及其催化性能評(píng)價(jià)[D];北京化工大學(xué);2007年

9 常錚;含稀土水滑石的可控制備、結(jié)構(gòu)表征及其催化應(yīng)用[D];北京化工大學(xué);2006年

10 李博;陰離子型層狀材料水滑石的制備與晶體形貌控制研究[D];北京化工大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 劉貴花;水滑石負(fù)載金屬氧化物材料的制備及其在染料廢水處理中的應(yīng)用研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2014年

2 孫亞月;水滑石類(lèi)材料的插層組裝及對(duì)酚類(lèi)化合物的增強(qiáng)吸附性能[D];武漢理工大學(xué);2015年

3 周紹杰;幾種典型水滑石雜化材料的原位合成及其阻燃EVA的研究[D];青島科技大學(xué);2017年

4 鄒義冬;功能性水滑石（LDHs-X）粘土礦物對(duì)放射性核素鈾的吸附及機(jī)理研究[D];東華理工大學(xué);2017年

5 王佳翰;鋅鋁鈰三元水滑石的結(jié)構(gòu)、組成分析及對(duì)硒的吸附研究[D];成都理工大學(xué);2015年

6 馮建湘;橡膠/水滑石復(fù)合材料的制備、結(jié)構(gòu)及性能研究[D];湖南師范大學(xué);2010年

7 劉方方;阻燃尼龍6/水滑石復(fù)合材料的制備與表征[D];鄭州大學(xué);2010年

8 高媛;水滑石的改性及其在堿催化反應(yīng)中的應(yīng)用研究[D];陜西師范大學(xué);2012年

9 劉巖峰;水滑石結(jié)構(gòu)記憶效應(yīng)及其結(jié)構(gòu)塌陷動(dòng)力學(xué)行為研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2009年

10 李松南;磁性水滑石及其改性材料對(duì)六價(jià)鉻及銅離子吸附性能的研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2667226