【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,負面影響是持久且難以恢復的。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吸附二價鉛離子的機理,并通過先進的表征手段,對材料的微觀形貌、光譜學性質(zhì)、表面電荷以及材料的比表面積等性質(zhì)進行了系統(tǒng)和較為全面的解析。具體的研究內(nèi)容和結論如下:(1)增加活性位點和比表面積被認為是兩種提高吸附劑吸附性能的兩個主要方向。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分鐘就可以達到平衡�；谂鷮嶒灥慕Y果,吸附等溫線遵循Langmuir模型。結合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,結果表明,氧化過后的OCN材料中,原有的三嗪結構被破壞并引入了大量的含氧官能團,從而引入了更多的吸附位點,從而和UO22+形成穩(wěn)定的內(nèi)層絡合物。綜上,OCN化合物易制備,吸附容量高且材料無二次污染風險,因此在修復鈾酰高放廢液水體方面具有廣闊的應用前景。(2)可以用于環(huán)境污染治理的二維層狀吸附劑,需要對目標污染物具有較高的親和力,且具有豐富的活性基團。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構有利于鉛離子從廢水中擴散到S-g-C3N4表面和孔道內(nèi)。批吸附實驗表明,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)配合的結合位點(即軟S配體)引入的結果。熱力學參數(shù)表明,吸附過程是自發(fā)的、吸熱的。動力學實驗表明,吸附過程以化學吸附為主。同時,構建了(S-g-C3N4)-Pb(Ⅱ)吸附系統(tǒng)的多種可能性模型,對優(yōu)化后的結構進行了擬合。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分析進一步證實了 N-Pb與S-Pb的化學鍵結合方式。研究結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,通過理論模擬和實驗揭示了吸附機理。
【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的化學結構如圖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的紅外光譜結果，ＯＣＮ的結果表明，原有的雜環(huán)結構特逡逑征峰消失，在２３０４邋ｃｎｆ１處出現(xiàn)了新的峰，這是由于氧化作用下，雜環(huán)結構小時逡逑的同時，生成了邋Ｃ＝Ｎ結構＾１。這是由于氧化作用下，原有結構在破裂的同時發(fā)逡逑生了部分的重組。位于３０００－３５００ｃｉｒｆｉ處的寬峰則為－ＯＨ和－ＣＯＯＨ官能團伸縮振逡逑動的結果［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)結構中逡逑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形成了新的化學鍵。逡逑２．３．２吸附批實驗數(shù)據(jù)逡逑２．３．２．１接觸時間的影響逡逑圖２－４（ａ）的結果是ｐＨ＝４．５條件下Ｕ（ＶＩ）在ＯＣＮ上的吸附動力學曲線。顯逡逑然，Ｕ（ＶＩ）在ＯＣＮ上的吸附效率不僅快速而且去除率達到幾乎１００％，在３０ｍｉｎ逡逑內(nèi)吸附達到平衡。本文利用擬一級和擬二級動力學模型研究Ｕ（ＶＩ）在ＯＣＮ上的逡逑富集機理。這兩個模型分別用用以下兩個公式表達：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常數(shù)。圖２－４（ｂ）和（ｃ）結果顯示，ＯＣＮ對Ｕ（ＶＩ）逡逑的吸附符合擬二級動力學模型。這是由于吸附行為主要受化學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
【學位授予單位】：華北電力大學(北京)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X505

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本文編號：2662990