活性炭及磁性碳材料吸附金纳米研究

摘要

在水环境污染物的吸附去除过程中，炭质吸附材料和磁性材料等新材料得到了越来越广泛的应用。近年来，由纳米粒子所引发的对生态环境和人类健康的不利影响也受到了人们的关注。本文主要研究了活性炭对水中金纳米微粒的吸附性能，磁性碳材料(MCNMs)对水中金纳米微粒的吸附性能，以及金纳米微粒负载的磁性碳材料(MCNMs/AuNPs)在对硝基苯酚(4-NP)还原反应中的催化性能，主要内容如下:
　　1.实验使用廉价、绿色的炭质吸附材料活性炭(AC)吸附环境水体中的金纳米微粒，探究了水体pH、腐殖酸浓度及纳米配体等对吸附过程的影响。实验结果表明，在pH=6时活性炭与金纳米微粒具有较好的结合能力，腐殖酸的加入抑制了吸附进程。吸附动力学和吸附等温线分别符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型，是自发的吸热过程。活性炭对金纳米的理论最大吸附量达到96.43mg/g。该吸附剂廉价易得、绿色环保，吸附性能较高，在环境水体中纳米污染物的去除方面有着很大的应用潜力。
　　2.实验以生物材料蛋壳膜(ESM)为原料，制备出了磁性碳材料MCNMs，通过TEM、XPS、FT-IR等对其进行了表征，并以柠檬酸修饰的金纳米为吸附对象，将材料应用于水体环境中金纳米微粒的吸附研究。实验探讨了不同含量蛋壳膜碳化后得到的磁性材料(MCNMs6.0、MCNMs4.8、MCNMs3.6、MCNMs2.4、MCNMs1.2)对金纳米微粒吸附性能的影响，结果表明蛋壳膜含量越高，碳化后的材料吸附效果越好。此外，我们还考察了体系pH值、腐殖酸浓度以及纳米配体对吸附过程的影响。在对吸附动力学和等温线的考察中发现，MCNMs对金纳米微粒的吸附动力学和吸附等温线分别符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型，是自发的吸热过程。吸附材料MCNMs6.0、MCNMs4.8、MCNMs3.6、MCNMs2.4、MCNMs1.2对citrate-Au NPs的理论最大吸附量分别达到1660.275，1492.281，1258.736，980.392，278.552mg/g。本研究还通过XPS对吸附机理进行了讨论，吸附过程主要是化学吸附，同时存在静电作用。该吸附剂吸附性能高，成本低，环境友好，可以快速高效地吸附去除水中的纳米微粒，具有很好的应用潜力。
　　3.合成了磁性碳材料MCNMs，并将柠檬酸修饰的金纳米(Au NPs)负载到MCNMs上，形成MCNMs/AuNPs复合材料。实验对其进行了SEM、FT-IR及XPS表征，并将其用于催化硼氢化钠还原对硝基苯酚。同时，我们研究了该材料的重复催化性能，结果发现，该材料重复利用6次以上，催化效率依旧达到85％。

目录

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摘要

第一章 文献综述

1．1 纳米微粒概述

1．1．1 纳米材料简介

1．1．2 纳米微粒来源

1．1．3 纳米微粒影响及危害

1．1．4 负载型金纳米催化剂的制备及应用

1．2 吸附材料

1．2．1 水体中纳米污染物处理技术简介

1．2．2 炭质吸附材料

1．2．3 磁性吸附材料

1．3 研究目标和内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

第二章 研究报告

2．1 活性炭对水中金纳米的吸附研究

2．1．1 引言

2．1．2 实验部分

2．1．3 结果与讨论

2．1．4 小结

2．2 磁性炭材料对水中金纳米的吸附研究

2．2．1 引言

2．2．2 实验部分

2．2．3 结果与讨论

2．2．4 小结

2．3 Au NPs负载的MCNMs在对硝基苯酚还原中的催化性能研究

2．3．1 引言

2．3．2 实验部分

2．3．3 结果与讨论

2．3．4 小结

参考文献

在校期间发表论文

致谢