【摘要】：納米科學作為一門新興學科,已經(jīng)引起了越來越多的關注。納米科學作為二十一世紀前沿科學,正在引領著各個學科,特別是交叉學科的發(fā)展。納米技術在環(huán)境科學中有著廣泛的應用,特別是為環(huán)境科學提供了新的材料、工藝和技術保障。例如,納米技術可應用于水體中污染物的檢測、原水的處理、自來水的深度凈化、污水處理以及再生回水的生產(chǎn)等等。與傳統(tǒng)的環(huán)境檢測及水處理方法相比,納米技術及處理工藝占地小,人力和能源消耗少,具有常規(guī)方法無法比擬的優(yōu)勢。納米技術應用在污染物監(jiān)測和水處理中已經(jīng)顯示出其巨大的優(yōu)越性和潛在應用價值。本論文工作的主要內(nèi)容包括新型納米復合材料的設計與合成；新型納米材料應用于污染物檢測和水處理的效果；以及相關過程的反應動力學及機理的探討。 1.可水分散的磁性石墨烯-水滑石(MG-LDH)納米復合材料對水中砷酸鹽的吸附去除研究 砷是一種有毒的元素,可以引起直接的和間接的健康問題如癌癥和黑變病。作為一個普遍的問題,處理被砷污染的廢水已經(jīng)引起了越來越多的關注。我們通過大量的實驗篩選,設計合成了一種磁性石墨烯-水滑石(MG-LDH)納米復合材料應用于水中砷酸鹽的吸附去除。實驗證明MG-LDH納米復合材料相對于純的水滑石(LDH),對砷酸鹽具有更高的吸附能力。該納米復合材料很容易在水中分散,并且可以通過外加磁場進行回收分離,從而大大提高了其使用效率。一方面,磁性石墨烯(MG)的摻入,極大的增加了該復合材料的比表面積,從而為吸附砷酸鹽提供更多的活性位點。另一方面,引入物理和化學上都很穩(wěn)定的石墨烯材料還可以提高該復合材料的機械強度。MG-LDH皂夠快速、高效的從溶液中吸附砷酸鹽,說明該材料可以作為潛在的能夠從大量污染水中預富集砷酸鹽的新型材料。 2.氯離子插層的水滑石(LDH-Cl)片狀納米材料應用于實驗室污水及實際污染地下水的處理及機理研究。 砷污染地下水主要由自然過程和人類活動造成,在阿根廷、中國、智利、匈牙利、墨西哥以及最近發(fā)現(xiàn)在印度的孟加拉邦,孟加拉國和越南等地都發(fā)現(xiàn)了被砷污染的地下水。世界衛(wèi)生組織WHO以及美國環(huán)境保護組織EPA已經(jīng)修改了飲用水中砷含量的標準值從50到10ug/L。因此,為了達到新的飲用水標準,發(fā)展新的技術和材料已經(jīng)迫在眉睫。本課題選取砷為目標污染物進行研究,從實驗室含砷廢水處理開始,逐步篩選出合適的納米材料或者納米復合體系進行研究,最后應用于實際的砷污染地下水的處理。最后我們篩選出了氯離子插層的Mg/Al水滑石應用于含砷和有機腐殖質(zhì)(NOM)的實際污染地下水的處理。結(jié)果表明,該材料能同時去除被污染地下水中的砷和有機雜質(zhì),并達到國家飲用水標準。我們通過XRD, FTIR, XPS, SEM, TEM和EXAFS等表征手段,研究了該材料吸附的各個過程,為其進一步的商業(yè)化應用提供理論基礎。 3.基于生物質(zhì)的碳薄膜負載Au納米顆粒作為高效的表面增強拉曼基底應用于水中有機污染物的檢測 表面增強拉曼散射(SERS)技術的應用,為廉價高效的污染物檢測提供了新的手段和方法。設計和合成廉價高效的SERS基底,對于SERS技術的應用具有重要的實際意義。我們使用了一種廉價的生物質(zhì)薄膜(雞蛋殼膜)作為初始原料,設計合成了一種多孔碳膜支撐金納米顆粒(NPs)的復合薄膜材料,并研究了其作為表面增強拉曼散射(SERS)基底的性能。該材料作為新型的SERS基底,對羅丹明6G(R6G)的檢測具有很好的靈敏度,最低檢測限能達到1×10-9M。該檢測方法對R6G主要的拉曼信號峰具有較好的重現(xiàn)性,峰強度具有較小的相對標準偏差(RSD=16.3%)。良好的SERS信號的獲得,是由于薄膜上密集堆積的金納米顆粒之間的強電子磁場耦合作用。而且該合成方法不使用任何的表面活性劑,從而避免了表面活性劑對信號的干擾。研究結(jié)果展示了一種綠色、廉價高效的方法制備超靈敏的SERS基板,并且顯示出其在實際污染物的檢測中具有的巨大潛力。
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1;X703;X832
【圖文】：

相沉積金屬銀，制備出具有周期性結(jié)構(gòu)的SERS基底（如圖1.4所示）。這種長釘狀的周期性SERS基底對于R6G拉曼信號具有很大的提高。曜S脰賍~

本文編號：2766208