二氧化锰改性碳纳米材料吸附废水中镉的技术研究

摘要

目前重金属镉离子(Cd2+)的水污染问题受到人们极大的关注。碳纳米材料，尤其是碳纳米管及石墨烯，具有比表面积大，吸附能力强等特点，在高效水处理领域已经展现出良好的发展潜力。本论文将预先处理过的CNTs或GO分散在水中，通过锰盐之间的氧化还原反应，直接一锅法制备出MnO2/CNTs和MnO2/GO两种吸附材料，对两种材料进行FTIR、SEM、XRD、BET等表征，并将其用于含镉废水处理，系统研究了各影响因素对吸附效果的影响规律，优化了吸附分离条件，最后浅析了复合化功效机制。
　　通过对水中Cd2+的吸附试验，系统研究了不同因素等对吸附效果的影响。结果表明，对于MnO2/CNTs而言:当负载量为30％、含镉水的pH为6-8、吸附时间120 min、吸附剂用量为20 mg、样品流速为2.0 mL/min、样品体积为5 mL时改性的负载MnO2碳纳米管对Cd2+的吸附量最优，去除量最高;对于MnO2/GO而言:当负载量为15％、pH为5-11、吸附时间30 min、吸附剂用量为10 mg、样品流速为2.0 mL/min、样品体积为5 mL时MnO2/GO对Cd2+的吸附量最优，去除量最高。实验结果还表明它们的吸附量不受溶液中共存离子的影响。
　　平衡吸附等温、吸附动力学和热力学数据分析数据表明:MnO2/CNT和MnO2/GO对Cd2+的吸附比较符合朗缪尔模型，吸附过程为自发、吸热、熵增过程，它们的吸附动力学过程比较符合拟二级动力学模型。
　　最后，综合对比MnO2/CNTs、MnO2/GO对实际含镉废水综合处理效果，结果表明:MnO2/CNTs和MnO2/GO对溶液中Cd2+均具有较强的吸附能力，其中，MnO2/GO吸附材料综合处理能力更强，更加高效。两种材料在含镉废水处理方面均具有广阔的应用潜力。

目录

声明

摘要

1．1．1 镉及镉的分布

1．1．2 镉的危害

1．1．3 含镉废水的来源及污染状况

1．1．4 镉污染环保要求及政策

1．2 含镉废水处理技术与方法

1．2．1 化学沉淀法

1．2．2 吸附法

1．2．3 离子交换法

1．2．4 膜分离法

1．2．5 铁氧体法

1．2．6 漂白粉氧化法

1．2．7 生物法

1．3 纳米碳材料在含镉废水处理中的应用

1．3．1 碳纳米管及改性碳纳米管在含镉废水处理中的应用

1．3．2 石墨烯及其改性在含镉废水处理中的应用技术现状

1．3．3 纳米碳材料对水中重金属离子吸附去除的特点及优点

1．4 研究内容、方法与目标

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究方法

1．4．3 研究目标

第二章 实验部分

2．1 实验原料、药品及仪器

2．1．1 实验所用原料

2．1．2 主要实验药品

2．1．3 主要实验设备与仪器

2．2 MnO2／纳米碳吸附材料的制备及表征

2．2．3 MnO2／GO吸附材料的制备

2．3 MnO2／纳米碳对含镉废水的处理实验

2．3．1 不同工艺条件对MnO2／纳米碳吸附性能影响的考察实验

2．3．2 镉离子吸附等温实验

2．3．4 MnO2／CNTs对镉离子吸附动力学分析实验

2．3．5 MnO2／纳米碳吸附材料在实际含镉废水处理中的应用实验

3．1 材料的表征及分析

3．1．1 MnO2／CNTs表征及分析

3．1．2 MnO2／GO表征及分析

3．2 吸附的影响因素

3．2．1 标准曲线的绘制

3．2．2 MnO2／CNTs吸附剂的吸附影响因素研究

3．2．3 MnO2／GO吸附剂的吸附影响因素研究

3．3 镉离子吸附热力学和动力学

3．3．1 镉离子吸附平衡等温线

3．3．2 镉离子吸附热力学

3．3．3 镉离子吸附动力学

3．4 MnO2／纳米碳吸附材料在实际含镉废水处理中的应用

第四章 结论

参考文献

致谢

作者简介