尖晶石/石墨烯复合吸附剂的制备及吸附性质研究

摘要

近年来，全球水体污染日益严重,尤其是有机染料污染。针对有机染料的废水处理，吸附法是应用较为成熟的处理方法之一。但吸附法一方面要求吸附剂为纳米粒子，具有较高的比表面积和特殊的表面性能；另一方面由于纳米颗粒尺寸过小，可能存在难于回收，容易造成二次污染的问题。为了解决这一难题，本课题采用共沉淀-还原法，水热法，分别制备掺杂大比表面积的石墨烯的复合物MnFe2O4/GNS，CoFe2O4/GNS以及室温下磁性尖晶石纳米粒子MnFe2O4，CoFe2O4。利用其磁性，在外加磁场下能够快速有效地磁回收。主要研究了不同吸附剂的合成条件，如pH值，石墨烯含量比重，水热时间，水热温度，辅助剂添加量等，以及做了亚甲基蓝溶液吸附实验，进一步讨论了合成条件对吸附剂的性能影响，以及吸附剂对亚甲基蓝溶液pH的选择。
　　本论文通过共沉淀-还原法在硝酸铁与硝酸锰（硝酸钴）的混合溶液中，以NaOH为沉淀剂，NaBH4为还原剂，在水浴条件下合成出MnFe2O4/GNS（CoFe2O4/GNS）复合材料。研究了原料配比，pH值对所制备出的复合材料的形貌、微观结构的影响，给出了合成反应的机理。研究了它们对亚甲基蓝的吸附性质的影响规律及机制。发现通过上述方法制备的层状结构的MnFe2O4/xGNS、CoFe2O4/xGNS复合材料随着掺杂石墨烯的比例升高，MnFe2O4/xGNS、CoFe2O4/xGNS对亚甲基蓝的吸附效果也会逐渐增强，但是增强的趋势会有所缓慢。此外，我们通过探讨合成条件pH对吸附剂的影响得出pH=11时，吸附效果最佳。
　　为了进行比较，又采用水热法以两种方式合成了CoFe2O4磁性纳米粒子。一是以抗坏血酸为还原剂，尿素为碱源在特定的温度和反应时间下合成不同形貌的CoFe2O4；二是以柠檬酸钠为络合剂，尿素为碱源，聚丙烯酰胺为稳定剂，控制温度和水热时间合成CoFe2O4。通过控制变量法来讨论不同变量因素对CoFe2O4吸附剂的性能影响。从而探索出合成吸附剂的最优路线。

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第1章 绪论

1.1有机染料的危害

1.2处理有机染料废水的方法

1.3吸附剂的种类

1.4尖晶石型吸附剂的研究

1.5磁性尖晶石复合吸附剂

1.6磁性吸附剂的合成方法

1.7课题研究意义及主要内容

第2章实验方法与样品表征手段

2.1实验试剂及仪器

2.2 Hummers方法制备氧化石墨烯

2.3共沉淀-还原法合成MFe2O4/GNS复合材料

2.4水热法合成CoFe2O4吸附剂

2.5 MFe2O4/GNS及MFe2O4对亚甲基蓝的吸附实验

2.6样品的表征

2.7本章小结

第3章 共沉淀－还原法制备MnFe2O4/GNS及其对MB吸附性质的研究

3.1 不同质量比MnFe2O4-xGNS复合材料的制备和研究

3.2吸附前后不同比例MnFe2O4-xGNS性质研究

3.3反应条件pH对合成MnFe2O4-xGNS的影响及吸附性质研究

3.4相同pH下不同比例MnFe2O4-xGNS的吸附性质对比

3.5本章小结

第4章CoFe2O4及其CoFe2O4/GNS复合材料制备及吸附性质研究

4.1水热法抗坏血酸为还原剂合成CoFe2O4

4.2水热法以柠檬酸钠为络合剂PAM为稳定剂合成CoFe2O4

4.3共沉淀-还原法制备CoFe2O4-xGNS复合材料及性能研究

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢