【摘要】：重金屬及放射性核素的污染,對自然界來說是危害性極大的,負(fù)面影響是持久且難以恢復(fù)的。因而,對于這些污染一直以來受到了環(huán)境科研工作者的重視。本研究通過氧化和硫化的方法改進(jìn)了石墨相氮化碳(g-C3N4)材料,合成了氧化氮化碳(OCN)以及硫化氮化碳(S-g-C3N4)材料。并分別研究了 OCN吸附鈾酰和S-g-C3N4吸附二價(jià)鉛離子的機(jī)理,并通過先進(jìn)的表征手段,對材料的微觀形貌、光譜學(xué)性質(zhì)、表面電荷以及材料的比表面積等性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)和較為全面的解析。具體的研究內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)增加活性位點(diǎn)和比表面積被認(rèn)為是兩種提高吸附劑吸附性能的兩個(gè)主要方向。因此,本研究通過簡單的氧化法合成了氧化氮化碳(OCN)材料。改材料對UO22+具有較高的吸附量,并且在10分鐘就可以達(dá)到平衡�；谂鷮�(shí)驗(yàn)的結(jié)果,吸附等溫線遵循Langmuir模型。結(jié)合X射線光電子能譜(XPS)、X射線衍射(XRD)和傅里葉紅外光譜圖(FT-IR)分析,結(jié)果表明,氧化過后的OCN材料中,原有的三嗪結(jié)構(gòu)被破壞并引入了大量的含氧官能團(tuán),從而引入了更多的吸附位點(diǎn),從而和UO22+形成穩(wěn)定的內(nèi)層絡(luò)合物。綜上,OCN化合物易制備,吸附容量高且材料無二次污染風(fēng)險(xiǎn),因此在修復(fù)鈾酰高放廢液水體方面具有廣闊的應(yīng)用前景。(2)可以用于環(huán)境污染治理的二維層狀吸附劑,需要對目標(biāo)污染物具有較高的親和力,且具有豐富的活性基團(tuán)。本研究以富S和N的超分子聚合物前驅(qū)體為原料,通過熱裂解合成了一種雜原子S-g-C3N4納米片。多級孔徑分布的分層多孔結(jié)構(gòu)有利于鉛離子從廢水中擴(kuò)散到S-g-C3N4表面和孔道內(nèi)。批吸附實(shí)驗(yàn)表明,與g-C3N4(31.2 mg g-1)相比,g-C3N4的S摻雜共軛體系具有更高的吸附能力(52.63 mgg-1),這是將與Pb(Ⅱ)配合的結(jié)合位點(diǎn)(即軟S配體)引入的結(jié)果。熱力學(xué)參數(shù)表明,吸附過程是自發(fā)的、吸熱的。動力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明,吸附過程以化學(xué)吸附為主。同時(shí),構(gòu)建了(S-g-C3N4)-Pb(Ⅱ)吸附系統(tǒng)的多種可能性模型,對優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了擬合。根據(jù)密度泛函數(shù)理論(DFT),單取代體系C3N4-S-N3是最穩(wěn)定的吸附模型。XPS分析進(jìn)一步證實(shí)了 N-Pb與S-Pb的化學(xué)鍵結(jié)合方式。研究結(jié)果為制備具有良好吸附性能的S-g-C3N4材料提供了一種環(huán)境友好、操作簡便的方法。同時(shí),通過理論模擬和實(shí)驗(yàn)揭示了吸附機(jī)理。
【圖文】：

圖２－１：邋ｇ－Ｃ３Ｎ４的ＳＥＭ電鏡（ａ）和ＴＥＭ電鏡（ｂ）圖；ＯＣＮ的ＳＥＭ電鏡（ｃ）和ＴＥＭ電鏡（ｄ）逡逑圖。ｇ－Ｃ３Ｎ４及ＯＣＮ的ＸＲＤ分析圖譜（ｅ）及Ｎ２吸附－脫附曲線（ｆ）。逡逑利用傅里葉紅外光譜測得的ｇ－Ｃ３Ｎ４及ＯＣＮ的化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖２－２所示。位于逡逑１２００－１６００和？８１０ｃｍ－１處的特征峰分別歸因于ＣＮ六元芳香雜環(huán)的振動和三嗪單逡逑位振動。相較于ｇ－Ｃ３Ｎ４的紅外光譜結(jié)果，ＯＣＮ的結(jié)果表明，原有的雜環(huán)結(jié)構(gòu)特逡逑征峰消失，在２３０４邋ｃｎｆ１處出現(xiàn)了新的峰，這是由于氧化作用下，雜環(huán)結(jié)構(gòu)小時(shí)逡逑的同時(shí)，生成了邋Ｃ＝Ｎ結(jié)構(gòu)＾１。這是由于氧化作用下，原有結(jié)構(gòu)在破裂的同時(shí)發(fā)逡逑生了部分的重組。位于３０００－３５００ｃｉｒｆｉ處的寬峰則為－ＯＨ和－ＣＯＯＨ官能團(tuán)伸縮振逡逑動的結(jié)果［６７］。逡逑１３逡逑

邐Ｂｉｎｄｉｎｇ邋Ｋｎｅｒｇｙ邋（ｅＶ）逡逑圖２－３：邋ｇ－ＣｉＮＵ和ＯＣＮ的Ｎ邋Ｉｓ⑷和Ｃ邋Ｉｓ邋（ｂ）軌道高分辨ＸＰＳ譜圖。逡逑ｇ－Ｃ３Ｎ４的Ｃｌｓ圖譜（圖２－３ｂ）可以被分為三個(gè)峰，其中，Ｃｌ（２８４．７ｅＶ）為ｓｐ２逡逑Ｃ－Ｃ鍵，，Ｃ２（２８７．８ｅＶ）為Ｃ－ＮＨ２的峰，Ｃ３（２８８．３ｅＶ）為含Ｎ的類芳香環(huán)結(jié)構(gòu)中逡逑Ｎ－Ｃ－Ｎ的ｓｐ２雜交Ｃ的峰。經(jīng)過氧化處理后的ＯＣＮ中，出現(xiàn)了邋Ｃ－Ｏ峰，同樣表逡逑明０取代Ｎ而與Ｃ形成了新的化學(xué)鍵。逡逑２．３．２吸附批實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)逡逑２．３．２．１接觸時(shí)間的影響逡逑圖２－４（ａ）的結(jié)果是ｐＨ＝４．５條件下Ｕ（ＶＩ）在ＯＣＮ上的吸附動力學(xué)曲線。顯逡逑然，Ｕ（ＶＩ）在ＯＣＮ上的吸附效率不僅快速而且去除率達(dá)到幾乎１００％，在３０ｍｉｎ逡逑內(nèi)吸附達(dá)到平衡。本文利用擬一級和擬二級動力學(xué)模型研究Ｕ（ＶＩ）在ＯＣＮ上的逡逑富集機(jī)理。這兩個(gè)模型分別用用以下兩個(gè)公式表達(dá)：逡逑ｌｎ（（？ｅ邋－邋Ｑｔ）邋＝邋ｌｎ（？ｅ邋－邋ｋｘｔ邐（２－３）逡逑—＝———｜－邋—邐（２－４）逡逑Ｑｔ邋ｋ２Ｑｌ邋Ｔ邋Ｑｅ逡逑其中，為吸附時(shí)間為（（ｍｉｎ）T的吸附總量，Ａ：ｉ邋（ｍｉｎ邋）和幻（ｇ邋（邋ｍｇ＇ｍｉｎ）－１）逡逑分別為擬一級和擬二級動力學(xué)常數(shù)。圖２－４（ｂ）和（ｃ）結(jié)果顯示，ＯＣＮ對Ｕ（ＶＩ）逡逑的吸附符合擬二級動力學(xué)模型。這是由于吸附行為主要受化學(xué)吸附的控制而不是逡逑物理吸附。在低ｐＨ條件下，較低的吸附量，是由于表面靜電斥力的存在，然而，逡逑材料對污染物仍然有＋－定的吸附量
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X505

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 惠林;;高質(zhì)量石墨的新制法[J];化工新型材料;1989年11期

2 宋克敏;李記太;;鉀—石墨和其他金屬—石墨在有機(jī)合成中的應(yīng)用[J];河北化工;1989年02期

3 聶肖威;陳南;李靜;陳蓮蓮;曲良體;;石墨相氮化碳的可控制備及其功能化應(yīng)用[J];中國科學(xué):化學(xué);2017年01期

4 鐘利丹;付曉娟;;石墨相氮化碳的研究進(jìn)展[J];內(nèi)蒙古石油化工;2017年06期

5 李淵;段永正;鄒海晏;;石墨相碳化氮在工業(yè)廢水降解中的研究進(jìn)展[J];山東化工;2017年11期

6 孟慶新;;利用納米技術(shù)制取的水潤性石墨及其在耐火材料中的應(yīng)用[J];耐火與石灰;2018年05期

7 梁慶華;李智;白宇;黃正宏;康飛宇;楊全紅;;具有顯著增強(qiáng)光響應(yīng)的小尺寸單層石墨相氮化碳納米片用于細(xì)胞成像及光催化(英文)[J];Science China Materials;2017年02期

8 周鋒;詹溯;;石墨相氮化碳雜化提高鉬酸鉍光催化材料降解活性[J];稀有金屬材料與工程;2015年S1期

9 關(guān)尹雙;趙煒;劉開帥;敖磊;楊順銘;楊金月;;石墨烯基催化劑的研究進(jìn)展[J];化工進(jìn)展;2017年S1期

10 徐溥群;吳惠霞;楊仕平;;石墨相氮化碳的制備、功能化及應(yīng)用[J];上海師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2018年01期

相關(guān)會議論文 前10條

1 李杰;穆建帥;趙馨;楊恩翠;趙小軍;;鈷摻雜石墨相氮化碳模擬過氧化物酶及其廢水處理應(yīng)用研究[A];第十四屆固態(tài)化學(xué)與無機(jī)合成學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2016年

2 孫紅娟;馬彩鳳;彭同江;羅利明;;風(fēng)化蝕變帶中石墨的礦物學(xué)特征[A];中國礦物巖石地球化學(xué)學(xué)會第17屆學(xué)術(shù)年會論文摘要集[C];2019年

3 孫英佩;陳娟;戚歡陽;師彥平;;石墨相氮化碳增強(qiáng)中空纖維固相微萃取結(jié)合氣相色譜法的體液尿酸快速分析[A];中國化學(xué)會第十一屆全國生物醫(yī)藥色譜及相關(guān)技術(shù)學(xué)術(shù)交流會（大會特邀報(bào)告及墻報(bào)）論文摘要集[C];2016年

4 韓慶;曲良體;;網(wǎng)絡(luò)狀石墨相氮化碳“海藻”實(shí)現(xiàn)高性能產(chǎn)氫[A];中國化學(xué)會第30屆學(xué)術(shù)年會摘要集-第三十九分會：納米碳材料[C];2016年

5 馬騰飛;梁海歐;白杰;;高吸附性碳纖維載石墨相氮化碳的制備研究[A];第九屆全國環(huán)境催化與環(huán)境材料學(xué)術(shù)會議——助力兩型社會快速發(fā)展的環(huán)境催化與環(huán)境材料會議論文集（NCECM 2015）[C];2015年

6 李達(dá);;碳后石墨相n-diamond結(jié)構(gòu)的確定[A];第十四屆全國物理力學(xué)學(xué)術(shù)會議縮編文集[C];2016年

7 李榮;陶慧琳;邱美;方振興;黃昕;李奕;章永凡;;化學(xué)修飾對石墨相氮化碳光催化性能改性的理論研究[A];中國化學(xué)會第30屆學(xué)術(shù)年會摘要集-第十八分會：電子結(jié)構(gòu)理論方法的發(fā)展與應(yīng)用[C];2016年

8 權(quán)晶晶;秦冬冬;李洋;王秋紅;賀彩花;盧小泉;;磷摻雜的石墨相氮化碳薄膜的制備及其光電性能的研究[A];第十三屆全國電分析化學(xué)學(xué)術(shù)會議會議論文摘要集[C];2017年

9 王翔;武海濤;薛冰;李永昕;許杰;;鹽酸胍合成介孔石墨相氮化碳及其催化F-C�；磻�(yīng)[A];第十四屆全國青年催化學(xué)術(shù)會議會議論文集[C];2013年

10 胡子敬;段成林;高宇寧;郭茜亞;朱學(xué)玲;宋金玲;;石墨相氮化碳的結(jié)構(gòu)調(diào)控及其光催化性能研究[A];2019第三屆全國光催化材料創(chuàng)新與應(yīng)用學(xué)術(shù)研討會摘要集[C];2019年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前8條

1 李明宇;基于無煙煤及石墨相氮化碳為原料的熒光碳點(diǎn)的制備與性能研究[D];大連理工大學(xué);2019年

2 劉琳;石墨相氮化碳的合成、改性及其復(fù)合材料在電化學(xué)傳感領(lǐng)域的應(yīng)用研究[D];揚(yáng)州大學(xué);2018年

3 梁慶華;石墨相氮化碳的結(jié)構(gòu)調(diào)控及增強(qiáng)光催化性能研究[D];清華大學(xué);2016年

4 李雪飛;輕元素硼碳氮體系化合物的制備與表征[D];吉林大學(xué);2008年

5 塔黑爾（Muhammad Tahir）;納米石墨相氮化碳的可控制備及在儲能和光催化領(lǐng)域的應(yīng)用[D];北京理工大學(xué);2015年

6 馬建青;基于殼聚糖和石墨相氮化碳的凈水材料制備及其機(jī)理研究[D];浙江大學(xué);2018年

7 梁冬梅;石墨相氮化碳和摻雜GaAs晶體電子結(jié)構(gòu)與激發(fā)態(tài)性質(zhì)的理論研究[D];山東大學(xué);2017年

8 趙飛;石墨烯功能化組裝及其在刺激響應(yīng)和能源轉(zhuǎn)化領(lǐng)域中的應(yīng)用研究[D];北京理工大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 許杞祥;石墨相氮化碳的改性及其光催化性能研究[D];安徽理工大學(xué);2019年

2 李彥;碳/石墨相氮化碳復(fù)合材料的制備及光催化性能研究[D];魯東大學(xué);2019年

3 陸洋曉;含鐵和碳/石墨相氮化碳復(fù)合材料的合成及環(huán)境凈化性能研究[D];魯東大學(xué);2019年

4 李星;硫化及氧化石墨相氮化碳材料對Pb（Ⅱ）及U（Ⅵ）的吸附行為機(jī)理研究[D];華北電力大學(xué)(北京);2019年

5 周寧;石墨相氮化碳的表面改性及其光催化性能研究[D];南京理工大學(xué);2018年

6 趙海波;石墨相氮化碳多元復(fù)合物的制備及其光催化性能研究[D];江蘇大學(xué);2018年

7 張鳴顯;氧化鋅、石墨烯摻雜石墨相氮化碳的制備及其光催化性能研究[D];燕山大學(xué);2018年

8 顧永攀;微波法制備石墨相氮化碳及其性能研究[D];東南大學(xué);2018年

9 韓曉雪;石墨相氮化碳（g-C_3N_4）中非金屬元素的多元可控?fù)诫s及形貌調(diào)控[D];浙江理工大學(xué);2019年

10 李孟秋;基于g-C_3N_4的聚合物復(fù)合材料制備及性能的研究[D];西南科技大學(xué);2018年

本文編號：2662990