可回收纳米吸附催化材料煤矸石/Fe3O4@TiO2的制备及其表征

摘要

近年来，煤矸石的的堆积污染问题成为越来越多的研究者关注的热点，TiO2因其优良的光催化降解性能也备受关注，然而TiO2在废水中光催化降解污染物之后有难以回收的致命缺陷。鉴于这两点设计制备可回收纳米吸附催化材料煤矸石/Fe3O4@TiO2，既变废为宝，解决煤矸石的堆积污染问题，又解决TiO2难以回收的问题，一举两得。
　　(1)本文用NaOH溶液、NaOH固体和ZnCl2固体这三种方法对煤矸石进行改性，并用甲基橙溶液模拟染料废水对改性煤矸石的吸附性能进行测试，得出了用这三种方法改性煤矸石的最佳工艺条件。用NaOH溶液改性煤矸石的最佳工艺条件为：在液固比为10mL/g下，NaOH溶液的浓度为2mol/L，NaOH溶液处理的煤矸石的煅烧温度为600 ℃，煅烧时间为2.5h。用NaOH固体改性煤矸石的最佳工艺条件为：煤矸石和NaOH固体的质量比为2.5：1，煅烧温度为700℃，煅烧时间为2h。用ZnCl2固体改性煤矸石的最佳工艺条件为：ZnCl2和煤矸石的质量比为0.7：1，煅烧温度为550℃，煅烧时间为3h。结果表明：用ZnCl2改性的煤矸石的吸附效果最好，经过12h的吸附，其吸附量可达14.12mg/g。
　　(2)利用共沉淀法制备了改性煤矸石/Fe3O4复合材料，考察了不同的质量比对该材料磁性能和吸附性能的影响。结果表明：当改性煤矸石和Fe3O4的质量比为1：1时，该复合材料的性能最佳，经过6h的吸附，其对甲基橙的吸附量可达9.84mg/g，该比例的复合材料的饱和磁化强度为81.44emu/g，完全能够实现磁性回收。
　　(3)利用溶胶-凝胶法制备了Fe3O4/TiO2复合材料，以罗丹明B溶液模拟染料废水对材料的光催化降解性能进行测试。考察了不同的质量比对该材料磁性能和光催化降解性能的影响。结果表明：当Fe3O4和TiO2的质量比为1：3.5时，该复合材料的性能最佳，经过2.5h的光催化降解，其对罗丹明B的降解率可达95.41％，该比例的复合材料的饱和磁化强度为38.15emu/g，完全能够实现磁性回收。
　　(4)利用溶胶-凝胶法制备了改性煤矸石/Fe3O4@TiO2复合材料，以罗丹明B溶液模拟染料废水对材料的光催化降解性能进行测试。结果表明：当改性煤矸石(用ZnCl2固体改性的煤矸石)，Fe3O4和TiO2以质量比1：2：4复合时，该复合材料的光催化降解性能要优于TiO2，而且这个比例的复合材料与纯TiO2相比，其中TiO2的使用量要减少43%，而且这个比例的复合材料的饱和磁化强度为35.23emu/g，也可以实现磁性回收。