磁性高岭石/高岭石纳米管制备及对亚甲基蓝的吸附研究

摘要

磁性纳米材料具有独特的结构和优异的性能，在磁学、催化、信息和生物医药等领域有广泛的应用，是当前的研究热点。粘土类矿物材料如高岭土、高岭石纳米管等，作为吸附剂，因粉体颗粒细小、难以实现固液分离的局限，使其性能的利用受到限制。因此，本文以粘土材料为载体，在其表面负载磁性纳米颗粒，制备出同时具有磁性和吸附性能的磁性高岭石/高岭石纳米管复合材料，并探讨其对含亚甲基蓝（MB）染料废水的处理。主要内容如下：
　　以高岭土原料为载体，FeCl3·6H2O、FeSO4·7H2O和NH3·H2O为实验原料，采用化学共沉淀法制备磁性高岭石复合粉体。当Fe3O4:高岭土质量比为1:5时，复合粉体中存在单一的Fe3O4相，Fe3O4晶粒尺寸为10-30 nm，均匀负载于高岭石晶体表面，且粉体具有良好的磁性能，磁分离率为90.12％；原料高岭土和复合粉体对MB的去除率随吸附时间的延长逐步提高，分别达到吸附平衡时的去除率为98.46%和76.75%；此外，复合粉体对MB的去除率随其投入量的增加、温度的升高和溶液pH的增大而逐步提高，随MB溶液初始浓度的增大而减小；对MB的吸附量随初始浓度的增大而逐步增大。
　　以高岭土为原料，二甲基亚砜（DMSO）、甲醇和十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）为插层剂，采用溶剂热法制备高岭石纳米管（KNTs）。所制备的KNTs形貌完整、表面光滑，外径约为50-60 nm，内径为25-30 nm，长度为300-1000 nm，比表面积为45.44 m2/g。KNTs对MB的去除率随pH值和KNTs用量的增加而增加，吸附量随吸附时间、MB溶液初始浓度和温度的增加而增加，随用量的增加而减小；当KNTs用量为0.06 g时，去除率为95.68%；吸附过程符合准二级动力学模型；等温吸附过程符合Langmuir和Freundlich模型，且为吸热过程。当温度为298 K时， KNTs对MB的最大吸附量为30.30 mg·g-1。
　　采用共沉淀法制备磁性高岭石纳米管(MKNTs)。KNTs表面负载磁性纳米颗粒后，KNTs的形貌完整、均匀，颗粒主要以Fe3O4和γ-Fe2O3的形式沉积于KNTs的表面。MKNTs对MB的吸附速率较快，20 min到达吸附平衡；对MB的去除率随pH值和KNTs用量的增加而增加，吸附量随MB溶液初始浓度和温度的增加而增加，随用量的增加而减小；吸附过程符合准二级动力学模型，等温吸附过程与Langmuir和Freundlich模型吻合。在298 K时，MKNTs对MB的最大吸附量为24.18 mg·g-1，与KNTs相比没有明显的降低。对比高岭土原料、磁性高岭石、KNTs和MKNTs对MB的吸附，可知MKNTs吸附速率较快、具有较好的磁性和高效的吸附性能。
　　对MKNTs进行煅烧可以实现再生，当循环吸附/脱附7次后仍有较好的磁性能和吸附性能，去除率达58.56%。

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1 引言

1.1 研究背景与意义

1.2 染料概述

1.3 高岭石纳米管简介

1.4 磁性纳米复合材料

1.5 本课题的研究思路、研究内容及创新点

2 实验部分

2.1 实验原料、试剂及仪器

2.2 材料的制备方法

2.3 表征方法

2.4 吸附性能分析

3. 磁性高岭石复合粉体对亚甲基蓝的吸附研究

3.1 磁性高岭石复合粉体制备

3.2 磁性高岭石复合粉体的表征

3.3 磁性高岭石复合粉体对亚甲基蓝的吸附性能

3.4 结论

4 高岭石纳米管对亚甲基蓝的吸附研究

4.1 高岭石纳米管的制备与表征

4.2 高岭石纳米管对亚甲基蓝的吸附性能研究

4.3 结论

5. 磁性高岭石纳米管对亚甲基蓝的吸附研究

5.1 磁性高岭石纳米管的制备

5.2 磁性高岭石纳米管吸附实验

5.3 磁性高岭石纳米管的表征

5.4 吸附因素对吸附性能的影响

5.5 结论

6. 全文结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

个人简历及攻读硕士期间的主要成果

致谢