铁氧体复合材料的制备及吸附龙胆紫染料性能研究

摘要

染料分子或它们的代谢物(芳香胺)是由高稳定性的芳族结构组成的，所以色度高、毒性高，甚至致癌。所以很必要在染料废水排放到水域之前处理掉。吸附法因其设计简单，易于操作，对有毒物质不敏感等特点在水处理技术中获得广泛应用。
　　采用化学共沉淀法制备了CoFe2O4/AC(活性炭)以及用溶剂热法合成了MgFe2O4/ANTC(太西无烟煤)和MgFe2O4/CB(炭黑)磁性吸附材料，运用振动样品磁强计(VSM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)等手段对铁氧体复合材料进行了表征分析，并通过对龙胆紫染料的吸附实验的研究，探讨了铁氧体复合材料的吸附性能。
　　离子强度对CoFe2O4/AC吸附龙胆紫几乎没有影响，当pH为10.24，加入0.1 gCoFe2O4/AC复合材料，在30℃下恒温振荡3 h后，龙胆紫的去除率可达到95.44％。吸附过程能够很好的用Langmuir模型来描述，且在303 K时，单分子层饱和吸附量达184.23 mg/g。利用D-R模型计算吸附自由能的平均值为0.537 kJ/mol，可认为吸附过程是物理吸附过程。同时根据热力学数据分析可知，CoFe2O4/AC对龙胆紫的吸附是一个自发吸热的过程。该吸附过程符合二级动力学模型，整个吸附过程的吸附速率是由颗粒内扩散和液膜扩散共同控制的。对吸附剂的再生实验发现，再生5次后，CoFe2O4/AC对龙胆紫的吸附量仍可达77.89 mg/g，依然具有很好的吸附性能。
　　当龙胆紫溶液pH为10.30，加入0.04 gMgFe2O4/ANTC，待吸附达到平衡后， MgFe2O4/ANTC对龙胆紫的去除率最高可达90%以上。吸附过程可以用Langmuir模型和Frendlich模型很好地描述，在313 K时，最大饱和吸附量达到192.68 mg/g。根据D-R模型计算的吸附自由能Ea的平均值为0.391 kJ/mol，表明此反应过程是物理吸附过程。通过热力学行为分析可得出，MgFe2O4/ANTC对龙胆紫的吸附是一个自发放热过程。该吸附过程符合拟二级动力学模型，其吸附速率主要是由颗粒内扩散控制的。对吸附饱和后的MgFe2O4/ANTC进行再生，再生5次后的MgFe2O4/ANTC对龙胆紫仍具有一定的吸附能力。
　　MgFe2O4/CB复合材料在中性条件下对龙胆紫染料废水进行吸附，反应3 h后对龙胆紫的去除率可达到92%以上。此吸附过程可以用Langmuir模型可以很好地描述，在308 K时，单分子层饱和吸附量达到126.71 mg/g。从等温模型拟合数据中可以看出，随着温度的升高，饱和吸附量逐渐增大，说明MgFe2O4/CB对龙胆紫的吸附是一个吸热过程。同时从热力学参数分析可知，MgFe2O4/CB的吸附是一个自发吸热的过程，属于物理吸附。该吸附过程符合拟二级动学模型，整个吸附过程的吸附速率由颗粒内扩散和液膜扩散共同控制的。吸附饱和的MgFe2O4/CB用甲醇酸溶液进行再生，再生后的MgFe2O4/CB对龙胆紫的去除效果良好。

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目录

1 绪论

1.1龙胆紫的研究背景、意义

1.2 铁氧复合材料在环境保护方面的应用

1.3 吸附模型

1.4 课题研究的意义及内容

2 CoFe2O4/AC复合材料的制备及吸附龙胆紫性能研究

2.1 实验仪器与设备

2.2 实验方法

2.3 CoFe2O4/AC复合材料对龙胆紫的吸附实验

2.4 CoFe2O4/AC复合材料再生

2.5 表征

2.6 结果与讨论

2.7 CoFe2O4/AC复合材料的再生

2.8 本章小结

3 MgFe2O4/ANTC材料的制备及吸附龙胆紫性能研究

3.1 实验原料和仪器

3.2 实验方法

3.3 MgFe2O4/ANTC复合材料对龙胆紫的吸附实验

3.4 MgFe2O4/ANTC复合材料的再生

3.5 表征

3.6 结果与讨论

3.7 MgFe2O4/ANTC复合材料的再生

3.8 本章小结

4 MgFe2O4/CB复合材料的制备及吸附龙胆紫性能研究

4.1 实验原料和仪器

4.2 MgFe2O4/CB对龙胆紫的吸附实验

4.3 MgFe2O4/CB的再生

4.4 表征

4.5 结果与讨论

4.6 MgFe2O4/CB的再生

4.7 本章小结

5 结论

致谢

参考文献

附录