氢氧化镁及其复合材料吸附去除水中的络合态Cr(III)的研究

摘要

近年来，重金属污染频繁发生严重的影响了生态环境和人们的身体健康，因此处理水中重金属的污染一直是我们国家面临的一个重大难题。重金属(Cr(Ⅲ))作为其中的一种重要的潜在污染物，主要来自于制革过程中的主鞣和复鞣阶段，并且由于在制革生产过程中存在了大量的具有良好配位能力的有机、无机配体，能与Cr(Ⅲ)形成稳定的配合物，导致处理Cr(Ⅲ)的难度加大，因此去除水中络合态Cr(Ⅲ)问题成为我们研究的重点。 纳米氢氧化镁作为一种环境友好型材料，具有大的比表面积，较高的活性和萃取能力，它已被证明具有很好的从废水中去除重金属的能力，并且在中和酸性废水的同时吸附水中的重金属。但是纳米氢氧化镁去除络合态Cr(Ⅲ)的研究甚少，本论文以实验室合成纳米氢氧化镁、磁性复合材料氢氧化镁(Fe3O4@Mg(OH)2)和多相磁性复合材料(Fe3O4@C@Mg(OH)2)三种材料作为吸附剂在碱性条件下吸附水中的完全络合的(Cr(Ⅲ)-EDTA)，通过吸附动力学研究了吸附速率的快慢，并且探究了不同初始浓度、pH、共存阳离子强度对吸附效果的影响，对吸附完的材料进行了脱附回收再利用实验。通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、X-射线衍射(XRD)、X-光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、热重(TGA)、比表面积分析仪(BET)等表征结果初步探究了其吸附机理。主要得到以下的结论 （1）纳米氢氧化镁对络合态Cr(Ⅲ)-EDTA的去除：本实验采用固相研磨法成功的合成了纳米氢氧化镁，并对纳米氢氧化镁进行了XRD、SEM、BET、XPS等的表征，结果显示纳米氢氧化镁的直径大约为80nm，比表面积为103.23m2/g。在碱性情况下纳米氢氧化镁对水中难沉淀的络合态Cr(Ⅲ)-EDTA具有很好的吸附效果，最大吸附量178.65mg/g，吸附等温线符合Freundlich方程，吸附动力学可以很好的拟合拟二级动力学方程。高浓度的阳离子Na+、K+、Ca2+对纳米氢氧化镁去除水中络合态的Cr(Ⅲ)-EDTA基本无影响。 （2）复合材料磁性氢氧化镁(Fe3O4@Mg(OH)2)对水中络合态（Cr(Ⅲ)-EDTA）的去除：本实验采用水热法合成了Fe3O4@Mg(OH)2材料， 将其用于吸附水中络合态的Cr(Ⅲ)-EDTA，通过XRD、FTIR、BET、SEM、TGA和XPS等来表征材料的结构和表面特性，结果表明Mg(OH)2已经成功的负载到了Fe3O4的表面，对水中络合态Cr(Ⅲ)-EDTA有较好的吸附能力，吸附等温线符合Langmuir等温线，最大吸附量为15.52mg/g；吸附在六个小时内达到平衡，吸附动力学可以很好的与准二级动力学拟合。随着pH的增加吸附量不断减少，水中高浓度的阳离子对吸附产生促进作用。对材料进行了三次吸附脱附实验后对络合态的Cr(Ⅲ)-EDTA仍有良好的吸附能力，证明此吸附材料可以循环使用。 （3）多相磁性复合材料(Fe3O4@C@Mg(OH)2)对水中络合态Cr(Ⅲ)-EDTA的去除：本实验采用两步法先水热合成碳包铁(Fe3O4@C)，再通过水热法把氢氧化镁负载到碳包铁表面生成（Fe3O4@C@Mg(OH)2），采用多种方法表征表明氢氧化镁负载到了碳包铁表面，Fe3O4@C@Mg(OH)2的比表面积为46.05m2/g，在外加磁场的情况下容易分离。Fe3O4@C@Mg(OH)2对络合态Cr(Ⅲ)-EDTA的最大吸附量可以达到24.25mg/g，吸附等温线符合Freundlich吸附等温线；吸附在两个小时内可以达到平衡，动力学方程可以很好的拟合准二级动力学方程。水中的pH改变不会影响吸附剂的吸附效果，高浓度的阳离子存在下也没有抑制吸附过程，证明此吸附材料适合高盐高络合剂环境。

目录

1引言

1.1 重金属的性质及其污染

1.2 含铬废水的特征及危害

1.3 处理重金属Cr(III)的研究进展

1.4 氢氧化镁及其复合材料的合成和应用

1.5 选题目的、研究内容以及选题创新性

2 实验部分

2.1 材料表征方法

2.2 Cr(III)离子的测定方法

3 固相研磨法合成纳米氢氧化镁吸附水中络合态Cr(III)-EDTA的研究

3.1 前言

3.2实验试剂与仪器

3.3 纳米氢氧化镁的合成与表征

3.4 纳米氢氧化镁吸附Cr(III)-EDTA的试验方法

3.5 结果与讨论

3.6 本章小结

4 磁性Fe3O4@Mg(OH)2吸附水中络合态Cr(III)-EDTA的研究

4.1 前言

4.2 实验材料和仪器

4.3磁性Fe3O4@Mg(OH)2的合成与表征

4.4磁性Fe3O4@Mg(OH)2吸附水中Cr(III)-EDTA的实验方法

4.5 实验结果与分析

4.6 本章小结

5 多相磁性复合材料Fe3O4@C@Mg(OH)2吸附水中络合态Cr(III)-EDTA的研究

5.1 前言

5.2 实验材料与仪器

5.3 Fe3O4@C@Mg(OH)2的合成和表征结果

5.4 Fe3O4@C@Mg(OH)2吸附水中络合态Cr(III)-EDTA的实验方法

5.5 实验结果与分析

5.6 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

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