Fe3O4纳米粒子的表面修饰及对乳化油污水的治理

摘要

含油废水不仅引发了很多环境问题，还对人类的健康造成了巨大的威胁。目前，常用的油水分离材料存在很多缺点，如用量较大，回收困难，易造成二次污染等等。所以，研究新型的油水分离材料是非常有必要的。本论文合成了壳聚糖基絮凝剂，氨丙基改性磁性纳米粒子和阳离子壳聚糖改性磁性纳米粒子，研究了油水分离效果和机理，主要内容如下：
　　（1）通过丙烯酰胺(AM)或丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵(DBC)与壳聚糖(CS)与的接枝共聚制备了壳聚糖接枝共聚物CS-g-PAM与CS-g-PDBC。发现在酸性与中性条件下CS-g-PDBC的絮凝效果最佳，而在碱性条件下CS的絮凝效果最好。采用Zeta电位法研究了CS与CS-g-PDBC的絮凝机理。对于CS-g-PDBC，在酸性、中性与碱性环境下均展现出了与CS不同的絮凝特性。在酸性条件下，静电簇机理占据了较大的作用。在中性条件下，同样是静电簇机理起到了较大的作用。而在碱性条件下，CS-g-PDBC分子链易析出，但由于析出的分子链易于团聚缠结，导致网捕卷扫作用较弱，因此絮凝效果变差。
　　（2）通过共沉淀法制备出Fe3O4纳米粒子，并包裹一层SiO2，然后用3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）进行氨丙基改性制备出pH响应性磁性纳米Fe3O4@SiO2-APTES并通过TEM，XRD，FTIR，Zeta电位，VSM等表征方法证明氨丙基改性的磁性纳米粒子成功制备。研究了投加量，锚定密度，pH对油水分离效率的影响以及油水分离机理。在投加浓度为748mg/L时，粒子用酒精洗涤，重复利用13次后依然具有良好的油水分离能力；用碱水洗涤，重复利用9次后依然有良好的油水分离能力。在酸性条件下，Fe3O4@SiO2-APTES粒子通过界面活性和静电作用吸附油滴；在中性条件下，粒子通过界面活性吸附油滴；在碱性条件下，由于强烈的静电排斥作用，油滴无法吸附到粒子表面。静电作用和表面活性在油水分离过程中起到重要的作用。结果表明：在酸性和中性条件下，粒子表现出良好的油水分离性能，而在碱性条件下无油水分离能力。
　　（3）在Fe3O4@SiO2-APTES的基础上接枝壳聚糖季铵盐（QC）合成Fe3O4@SiO2-QC磁性纳米粒子。通过透射电镜、XRD、红外光谱、Zeta电位的实验表明QC改性的磁性纳米粒子成功制备并研究了油水分离性能及机理。研究结果表明：Fe3O4和Fe3O4@SiO2无油水分离能力，Fe3O4@SiO2-APTES在酸性条件下表现出一定的油水分离能力，而Fe3O4@Si O2-QC在各种pH条件下均表现出优异的油水分离性能，且在循环使用8次后依然具有良好的油水分离能力。静电作用在油水分离过程中起到重要的作用。

目录

声明

第一章 前言

1.1 引言

1.2 含油废水的处理技术

1.3 课题的提出

第二章 壳聚糖基絮凝剂在乳化油污水中的絮凝性能与机理

2.1 引言

2.2 实验材料与仪器

2.3 实验过程

2.4 结果与讨论

2.5本章小结

3.1 引言

3.2. 实验材料与仪器

3.3 实验过程

3.4 实验结果与分析

3.5本章小结

第四章 阳离子壳聚糖改性磁性纳米粒子的制备及其在油水分离中的应用

4.1 引言

4.2. 实验材料与仪器

4.3 实验过程

4.4 实验结果与分析

4.5本章小结

第五章 结论和展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录 作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目