發(fā)布時間：2020-05-16 19:51

【摘要】：地表水和地下水系統(tǒng)中的有機污染物嚴重危害了水生態(tài)系統(tǒng)以及人類健康。近年來,隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)、人類生活排放大量的污染物進入環(huán)境中,在有機污染物的去除方面進行了大量的研究。吸附法因其高效、廉價、操作簡單、對環(huán)境友好等優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)吸附材料最大的缺點就是在實際水處理過程中去除效率低、有限的回收利用率。因此開發(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)計合成了四種以鎂鐵水滑石為基材的有機/無機復(fù)合吸附材料,系統(tǒng)研究了四種吸附材料分別對不同有機污染物的吸附性能,深入探討了不同吸附材料分別對不同污染物的吸附機制,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CSLDO進行表征,同時用于去除溶液中的甲基橙(MO)和四環(huán)素(TC)。結(jié)果表明合成過程中首先形成納米顆粒,然后聚集形成多孔和層狀交錯的結(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時對MO具有最大的吸附容量,在pH為9時對TC吸附最佳;二價和三價陰離子對吸附過程影響較大,而一價陰離子對吸附過程基本沒有影響;吸附動力學(xué)表明MO和TC的吸附過程均遵循準二級動力學(xué)模型;MO吸附等溫線與Langmuir模型的契合度較高,TC的吸附等溫線與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);吸附過程均是自發(fā)的吸熱過程;進行五次吸-脫附實驗后,CSLDO400仍保持較高的穩(wěn)定性。吸附機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)對其表面進行了改性。通過TEM、SEM、XRD、BET、TGA、FT-IR、XPS等技術(shù)對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),且表面成功負載有大量的HA。g-C_3N_4@Mg-Fe LDH/HA對四環(huán)素(TC)、2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)和草甘膦(GP)的吸附實驗結(jié)果顯示:負載HA的g-C_3N_4@Mg-Fe LDH中的HA濃度為100 mg L~(-1)時,對TC、2,4-DCP和GP的吸附容量相對較高;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;溶液中離子強度對g-C_3N_4@Mg-Fe LDH/HA100的吸附容量影響有限;TC、2,4-DCP和GP的吸附過程均與準一級動力學(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等溫吸附模型進行擬合,而2,4-DCP的吸附過程與Langmuir等溫吸附模型的契合度更高;TC、2,4-DCP和GP的吸附過程均是自發(fā)的吸熱過程。吸附機理主要是水滑石層間離子交換以及HA表面的各種基團與有機污染物之間產(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/無機復(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;離子強度和HA對吸附過程的影響都比較有限;吸附動力學(xué)表明TC和GP的吸附過程與準二級動力學(xué)模型契合度高,而2,4-DCP的吸附過程更適合遵循準一級動力學(xué)模型;TC、2,4-DCP和GP的吸附實驗數(shù)據(jù)均更加適合利用Freundlich等溫吸附模型進行擬合,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);吸附過程均是自發(fā)的吸熱過程;進行五次吸-脫附實驗后,g-C_3N_4@PI@Mg-Fe LDO仍保持較高的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。吸附機理主要是水滑石層間離子交換以及PI與有機污染物之間產(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TEM、SEM、XRD、BET、TGA、FT-IR、XPS以及磁性測量等技術(shù)對磁性PI@LDO進行表征。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),且表面展示出類似花瓣狀的形態(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磁性PI@LDO的吸附容量影響有限;TC和GP的吸附過程與準二級動力學(xué)模型的契合度更高,而2,4-DCP的吸附過程更適合利用準一級動力學(xué)模型進行擬合;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的吸附過程均是自發(fā)的吸熱過程;在吸附再生實驗中,磁性PI@LDO顯示出優(yōu)越的可重復(fù)性和穩(wěn)定性。吸附機理主要是水滑石層間離子交換以及PI與有機污染物之間產(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，越來越多的研究者開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的作用下簡單、快收，因此引起了許多研究者的注意，并設(shè)計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，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，研究人員對一步熱合成法對 Fe3O4進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孔道結(jié)構(gòu)的 Fe3O4@MgAl-LD料，并研究了其吸附廢水中有機染料的性能，結(jié)果顯示合成的磁性均勻的垂直/水平的血小板形態(tài)，且對剛果紅的最大吸附容量達到

狀結(jié)構(gòu)[112]（如圖1.2）。水滑石結(jié)構(gòu)中許多二價金屬離子與三價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平衡剩余正電荷[113, 114]。水滑石和類水滑石的化學(xué)通式為[Mx2+My3+(OH)2(x+ y)]Ay / nn ·mH2O，其中M2+代表二價金屬離子，如Zn, Mg, Cu, Co, Ni 等；M3+代表三價金屬離子，如Al, Fe, Cr等；An 代表可交換的電荷補償無機或有機陰離子。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+的摩爾分數(shù)。水滑石和類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，研究人員根據(jù)水滑石和類水滑石獨特的結(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]進行了大量的研究。水滑石及類水滑石合成一般只利用一種二價金屬離子（Mg2+、Fe2+、Ni2+等）和一種三價金屬離子（Al3+、Cr3+、Mn3+、Fe3+等）作為雙金屬離子來源。而隨著水滑石的深入
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB33;O647.3

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本文編號：2667226