胺基改性碳基磁性纳米复合材料的制备及其对水溶液中Ag+的吸附性能研究

摘要

磁性纳米复合材料作为吸附剂用于去除水体中的重金属离子污染物具有高效、节能、易分离和不易造成二次污染的特性而备受研究者的青睐。
　　本文以天然鳞片石墨为原料首先采用氧化插层、高温膨胀方法制备膨胀石墨（EG），利用改进的Hummer’s方法制备氧化石墨烯（GO）。然后以这两种不同的碳材料为基体、FeCl3·6H2O为铁源、乙二胺为改性剂和还原剂、乙二醇为表面活性剂和还原剂、乙酸钠为稳定剂，通过溶剂热法分别制备了胺基改性磁性膨胀石墨（NH2-MEG）纳米复合材料和胺基改性磁性氧化石墨烯（NH2-MGO）纳米复合材料。通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X-射线衍射仪（XRD）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、振动样品磁强计（VSM）、X-射线光电子能谱仪（XPS）、Zeta电位仪和紫外-可见分光光度计（UV-Vis)对样品进行了结构和性能的表征。最后采用批次实验的方法研究了溶液pH值、初始浓度、吸附剂投加量、接触时间和温度对NH2-MEG纳米复合材料和NH2-MGO纳米复合材料对水溶液中Ag+吸附性能的影响，通过计算吸附过程的熵变（ΔS）、焓变（ΔH）和吉布斯自由能变（ΔG）研究了其吸附热力学，采用准一级动力学模型和准二级动力学模型研究了其吸附动力学，采用Langmuir等温吸附模型和Frenudlich等温吸附模型研究了其等温吸附过程。
　　研究结果表明：成功制备了胺基改性磁性膨胀石墨纳米复合材料和胺基改性磁性氧化石墨烯纳米复合材料，所制备样品的饱和磁化强度能够满足固液相磁分离的要求，两种胺基改性碳基磁性纳米复合材料更适合在酸性环境中吸附Ag+，对水溶液中低浓度Ag+的去除率均在95％以上。在同一条件下NH2-MGO纳米复合材料对Ag+的吸附速率明显大于NH2-MEG纳米复合材料。吸附热力学表明，Ag+的吸附是一个自发的、系统无序程度增大的吸热过程，升高温度能够促进吸附。吸附动力学更加符合准二级动力学模型，表明对Ag+的吸附主要为化学吸附；等温吸附过程更加符合Langmuir等温吸附模型，表明吸附是发生在均匀表面上的单层吸附。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 磁性纳米材料处理含重金属废水研究进展

1.2.1 功能化铁氧化物

1.2.2 有机物基的磁性纳米复合材料

1.2.3 无机物基的磁性纳米复合材料

1.3 课题研究目标和内容

第二章 胺基改性磁性膨胀石墨纳米复合材料的制备及其对水溶液中 Ag+的吸附性能

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 试剂与原料

2.2.2 主要实验设备与仪器

2.2.3 膨胀石墨的制备

2.2.4 胺基改性磁性膨胀石墨纳米复合材料的制备

2.2.5 胺基改性磁性膨胀石墨纳米复合材料对水溶液中 Ag+的吸附实验

2.3 结果与讨论

2.3.1 胺基改性磁性膨胀石墨纳米复合材料制备条件优化

2.3.2 样品表征

2.3.3 胺基改性磁性膨胀石墨纳米复合材料对水溶液中 Ag+的吸附性能

2.4 本章小结

第三章 胺基改性磁性氧化石墨烯纳米复合材料的制备及其对水溶液中 Ag+的吸附性能

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 试剂与原料

3.2.2 实验设备与仪器

3.2.3 氧化石墨烯的制备

3.2.4 胺基改性磁性氧化石墨烯纳米复合材料的制备

3.2.5 胺基改性磁性氧化石墨烯纳米复合材料对水溶液中 Ag+的吸附实验

3.3 结果与讨论

3.3.1 样品表征

3.3.2 胺基改性磁性氧化石墨烯纳米复合材料对水溶液中 Ag+的吸附性能

3.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录 A 攻读硕士期间发表的文章

附录 B 攻读硕士期间参与的科研项目