【摘要】：全球水體的日益污染和水質(zhì)的不斷惡化已成為人類當前面臨的嚴重問題。顯然，對清潔水環(huán)境的持續(xù)需求則會催生許多重要的水污染控制技術(shù)。在目前通用的物理，化學和生物等水污染控制技術(shù)中，由于其簡單，高效，節(jié)能，操作成本低等特點，吸附技術(shù)被認為是一種經(jīng)濟，有效而又靈活的方法。作為該技術(shù)的基礎(chǔ)，吸附劑材料的本征特性是其成功實施的關(guān)鍵。然而，傳統(tǒng)的吸附劑常常吸附能力有限、吸附速率低、分離能力差和再生困難，制約了其實際應用。因此，設(shè)計和制備具有簡易分離和低成本再生的高效吸附劑是滿足高速發(fā)展的水處理技術(shù)一直追求的目標。 多孔微納結(jié)構(gòu)材料擁有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)特征（如比表面積高，孔體積大和孔徑可調(diào)），特殊的形貌，靈活的結(jié)構(gòu)以及化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。它們在吸附去除水中有毒污染物方面顯示出許多優(yōu)勢：具有豐富的吸附活性位點，提供更多質(zhì)量傳輸?shù)目捎猛ǖ�，維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的機械性能以及特殊的功能性（光、電、磁學性能）。本論文主要致力于具有特殊功能性的新穎多孔微納結(jié)構(gòu)的設(shè)計和制備，并對其吸附去除水中有機染料的性能進行了系統(tǒng)研究，主要研究內(nèi)容如下： 1.通過犧牲模板法制備了多孔NiO花狀微納結(jié)構(gòu)。這種具有分級多孔特殊結(jié)構(gòu)的NiO能夠作為一種高效、可再生吸附劑快速地去除水中剛果紅染料，其飽和吸附容量達到了223.8mg·g-1。吸附動力學和吸附平衡可以分別用準二級動力學模型和Freundlich吸附等溫模型進行描述。探討了溶液pH值對其吸附性能的影響，并通過紅外光譜證實了NiO與剛果紅之間存在明顯的靜電引力作用。更為重要的是，多孔NiO花狀微納結(jié)構(gòu)可以通過“吸附—自然沉降—熱催化再生”過程實現(xiàn)循環(huán)使用，顯示出其潛在的水處理應用前景。 2.通過熱處理草酸鹽模板合成了新穎的多孔多面體狀MgO微納結(jié)構(gòu)。由于該微納結(jié)構(gòu)具有許多優(yōu)點（如三維分級結(jié)構(gòu)，孔隙豐富，比表面積大和寬pH范圍內(nèi)表面正電性），它對吸附去除水中剛果紅染料表現(xiàn)出強大的能力，其飽和吸附容量高達669.0mg g-1，明顯高于文獻中報道的許多微納結(jié)構(gòu)吸附劑。我們還對吸附過程中的機制進行了詳細的研究，發(fā)現(xiàn)靜電引力作用和表面氫鍵作用共同作用于吸附過程。鑒于其優(yōu)越的吸附性能、廉價的合成原料及其簡單的制備方法，多孔多面體狀MgO微納結(jié)構(gòu)為處理高濃度染料廢水提供了一個理想的平臺。 3.通過簡單快速的微波非水液相合成法制備了新穎的多孔微球狀BiOI微納結(jié)構(gòu)。該微納結(jié)構(gòu)對水中剛果紅同樣表現(xiàn)出良好的吸附性能，其飽和吸附容量為216.8mg·g-1。吸附過程能夠分別用準二級動力學模型和Freundlich吸附等溫模型進行確切的描述。一方面，特殊的分級多孔結(jié)構(gòu)和較大的微觀尺寸賦予了其簡易分離回收；另一方面，在可見光區(qū)的本征光吸收特性又使其顯現(xiàn)出誘人的光催化再生能力。因為其具有高效吸附、簡單固液分離、經(jīng)濟光催化再生，這種新穎結(jié)構(gòu)和獨特性能的BiOI材料，為新一代吸附材料的開發(fā)與尋找提供了參考。 4.利用棒狀草酸鹽作為模板通過簡單的熱處理制備了多孔棒狀MgFe2O4超結(jié)構(gòu)。該超結(jié)構(gòu)對水中剛果紅染料表現(xiàn)出優(yōu)越的吸附性能，其飽和吸附量為200.0mg·g-1。棒狀MgFe2O4超結(jié)構(gòu)具有本征磁學特性，在外加磁場下能夠簡易地從反應體系中磁分離。更為重要的是，棒狀MgFe2O4超結(jié)構(gòu)顯現(xiàn)出寬范圍的太陽光譜吸收特性，同時具有活化H2O2的能力。通過“吸附—磁回收—光催化再生”過程實現(xiàn)了其循環(huán)使用。因此，這種多功能而又廉價的棒狀MgFe2O4超結(jié)構(gòu)在水處理領(lǐng)域展現(xiàn)出潛在的應用前景。 5.設(shè)計了金屬納米顆粒功能化的微納結(jié)構(gòu)進一步拓展其在環(huán)境水處理中的應用。通過一種簡單的一鍋溶劑熱反應合成了負載Ag納米顆粒的花狀Ni(OH)2微納結(jié)構(gòu)。顯微電鏡觀測結(jié)果顯示，Ni(OH)2微納結(jié)構(gòu)可以作為穩(wěn)定載體均勻地分散和擔載Ag納米顆粒。Ag/Ni(OH)2微納結(jié)構(gòu)不僅具有前述微納結(jié)構(gòu)優(yōu)異的吸附性能，同時由于Ag納米顆粒的功能化，它還展現(xiàn)出良好的催化還原活性，能夠在較短時間內(nèi)催化硼氫化鈉還原4-硝基苯酚為4-氨基苯酚。
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：X703;O647.3
【圖文】：

圖 1-1 顆粒在孔介質(zhì)中的吸附Figure 1-1 Adsorption of particles into the porous media材料吸附劑是自然界中最常見的元素之一，它通常以單質(zhì)或化合物形式廣的天然礦物和生物有機體中。碳元素具有多種同素異形體，除石和石墨外，還包括近年來發(fā)現(xiàn)的富勒烯、碳納米管和石墨烯納米管和石墨烯發(fā)現(xiàn)以來，碳材料引起了人們越來越多的關(guān)注能多樣，應用廣泛，作為吸附劑材料在環(huán)境水處理領(lǐng)域亦展現(xiàn)。目前，用著水處理的碳材料吸附劑主要有活性炭，碳納米管，炭黑等。炭是碳材料吸附劑中最具代表性的一種，它的表面擁有許多含基、羧基等），含有大量微孔，具有巨大的比表面積，因此，容量�；钚蕴磕軌蚋咝コ卸喾N污染物，如染料，重金屬，

圖 1-2 制備石墨烯/Fe3O4/MWCNTs 納米復合物的示意圖Figure 1-2 A schematic diagram of the preparation of magnetic graphene-MWCNTs hybrid此外，多孔碳具有獨特的孔隙結(jié)構(gòu)，較大的比表面積，較高的化學穩(wěn)定性及機械性能，廣泛應用于環(huán)境、催化、染料敏化電池、超級電容器等諸多領(lǐng)域。由于其超強的吸附性能，多孔碳在水處理領(lǐng)域同樣備受關(guān)注。Chang 等[45]以碳納米微球和 ZnCl2為原料采用簡易水熱法合成了多孔碳納米球（PCNS）。該材料擁有超高的孔隙度，高比表面積和大孔徑，它對亞甲基藍，孔雀石綠和羅丹明 B的最大吸附容量分別高達 3152，1455 和 1409 mg·g-1，遠遠高于活性炭和其它碳

圖 1-2 制備石墨烯/Fe3O4/MWCNTs 納米復合物的示意圖igure 1-2 A schematic diagram of the preparation of magnetic graphene-MWCNTs hyb此外，多孔碳具有獨特的孔隙結(jié)構(gòu)，較大的比表面積，較高的化學穩(wěn)定性能，廣泛應用于環(huán)境、催化、染料敏化電池、超級電容器等諸多領(lǐng)域超強的吸附性能，多孔碳在水處理領(lǐng)域同樣備受關(guān)注。Chang 等[45]以碳和 ZnCl2為原料采用簡易水熱法合成了多孔碳納米球（PCNS）。該材高的孔隙度，高比表面積和大孔徑，它對亞甲基藍，孔雀石綠和羅丹大吸附容量分別高達 3152，1455 和 1409 mg·g-1，遠遠高于活性炭和其

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 Babak Noroozi;George A.Sorial;;Applicable models for multi-component adsorption of dyes:A review[J];Journal of Environmental Sciences;2013年03期

本文編號：2755918