【摘要】：水污染的主要來源包括無機及有機污染物,例如:營養(yǎng)鹽、重金屬及持久性有機污染物等。在這些污染物中,由于重金屬具有廣泛的來源、不可降解性及高毒性,被認(rèn)為是最重要的一類污染物。Pb和Cd毒性較大,且常被用于電池制造業(yè)、顏料、燃料、農(nóng)業(yè)、攝影材料及炸藥等,因此Pb和Cd污染的治理與修復(fù)至關(guān)重要。本研究通過化學(xué)沉積法制備還原氧化石墨烯負(fù)載零價納米鐵復(fù)合材料,并采用掃描電鏡、X射線衍射儀、拉曼光譜儀、氮氣吸附、X射線光電子能譜儀及傅里葉變換紅外光譜儀等技術(shù)對其進行表征。其次,應(yīng)用響應(yīng)面及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合遺傳算法模型對去除Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的實驗參數(shù)(溫度、pH、初始濃度和反應(yīng)時間)進行建模及優(yōu)化。通過比較神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的均方誤差來確定隱含層中神經(jīng)元個數(shù)。對比響應(yīng)面及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遺傳算法預(yù)測Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)去除率的精度選擇更適合的模型來模擬和優(yōu)化污染物的去除過程。另外,通過Langmuir,Freundlich和Dubinin-Radushkevich(D-R)吸附等溫線來定量評價還原氧化石墨烯負(fù)載零價納米鐵去除Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的過程,同時進行了范德霍夫方程及動力學(xué)模型研究。最后,通過X射線光電子能譜分析來探討還原氧化石墨烯負(fù)載零價納米鐵去除Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)機理。響應(yīng)面結(jié)果顯示Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)二次多項式模型的R2均大于0.99,表明實驗值和預(yù)測值具有很好的相關(guān)性。通過響應(yīng)面預(yù)測了Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)去除實驗的最優(yōu)條件分別為:溫度為21.30°C,pH為5.00,初始濃度為400.00 mg/L,反應(yīng)時間為60.00 min;溫度為37.13°C,pH為7.00,初始濃度為20.00 mg/L,反應(yīng)時間為30.00 min。在此條件下可獲得Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的去除率分別為100.37%和85.2%,驗證試驗結(jié)果表明在最佳吸附條件下的Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的去除率分別為97.25%和80.36%。Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)響應(yīng)面模型的預(yù)測誤差分別為3.11%和6.47%。對于Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ),神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合遺傳算法模型的最小均方誤差分別在隱含層神經(jīng)元個數(shù)為6個(0.000257)和4個(0.002461)時獲得,Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合遺傳算法模型的R2分別為0.9998和0.9999。優(yōu)化得到的最佳去除Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的工藝條件分別為:溫度為25.47℃,pH為5.00,濃度為410.16 mg/L,時間為58.60 min;溫度為25.31°C,pH為6.48,濃度為20.16 mg/L,時間為30.00min,Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)模型的預(yù)測及實驗去除率分別為98.27%和98.63%,81.50%和82.38%。這兩個模型的預(yù)測誤差分別為0.37%和1.08%,由此可知響應(yīng)面模型的誤差均高于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的誤差,表明了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合遺傳算法的優(yōu)越性。本文實驗結(jié)果證實了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合遺傳算法模型具有滿意的精度來模擬和預(yù)測重金屬去除過程。吸附等溫線擬合實驗結(jié)果表明,還原氧化石墨烯負(fù)載零價納米鐵去除Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的過程更符合Langmuir吸附,且計算得到的最大吸附量分別為910 mg/g和47.84 mg/g。還原氧化石墨烯負(fù)載零價納米鐵去除Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的過程分別在50 min和30 min反應(yīng)完全,且此過程均可以用偽二級動力學(xué)來描述。此外,還原氧化石墨烯負(fù)載零價納米鐵去除Pb(Ⅱ)的主要機理是吸附并伴隨少許還原,而去除Cd(Ⅱ)的機理為吸附。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：貴州師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X52;O647.31

【參考文獻】

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本文編號：2497909