基于菌丝模板制备纳米功能材料及其对放射性废水处理研究

摘要

随着社会经济的发展，环境污染日益成为一个全球性的问题。核能的逐步开发利用给人类带来福利的同时也带来了巨大的灾难。核燃料生产、反应堆运行、核燃料后处理、铀矿的开采过程等都将对环境造成严重的污染，尤其是对水体的污染。水体污染作为三大环境污染之一，具有广泛性、易扩散性、长期性和治理难等特点。放射性污染的水可以直接被人体吸收或通过生物链间接地进入人体，对人类的健康乃至生命安全产生了巨大的威胁。核电事业产生的大量放射性废水仍在逐年增加，因此，对环境的保护以及对放射性废水的治理已经刻不容缓。然而，如何安全有效地处理放射性废水仍是国内外研究者面临的难题。在放射性废水处理的大背景下，本文以真菌菌丝为模板制备了一系列高效的的吸附剂，并将其应用于模拟的放射性废水中核素铀的吸附去除，并分析了材料的构效关系。主要有结论如下：　　（1）采用生物组装的方法，将碳纳米管（CNTs）固定在真菌菌丝（FH）上，制备球形 FH/CNTs复合材料，将其作为一种多功能吸附剂用于水污染治理。通过表征发现，FH/CNTs 复合材料具有三维网络结构，典型的CNTs 衍射峰和丰富的官能团。性能测试结果表明，FH/CNTs能有效地去除水溶液中的U(VI)、刚果红（CR）和甲基紫（MV）。FH/CNTs复合材料对 U(VI)、CR 和 MV的最大吸附量分别为187.26、43.99和20.89 mg/g。该复合材料吸附后易于分离，可有效地重复利用，表明 FH/CNTs在水污染治理方面具有潜在的应用前景。　　（2）以 FH 为模板，在其表面包覆一层 GO 薄片，通过热解制备出 FH/GO气凝胶（FH/GOA），并将其应用于 U(VI)的去除。FH/GOA 具有良好的三维结构、大的比表面积 (894 m2/g)和丰富的官能团，对U(VI)的最大吸附容量达到288.42 mg/g。此外，FH/GOA具有良好的可回收性和环保的优势，有望应用于环境保护领域。　　（3）通过在包覆 GO的FH 表面生长 MoS2，制备出了 FH-graphene-MoS2杂化纳米薄片，它可以通过降解有机物单宁酸（TA）促进对 U(VI)的吸附去除。在该材料体系中，沉积的MoS2纳米片作为光降解位点，有较大表面积涂覆 GO的菌丝纳米框架作为吸附位点。此外，由 MoS2产生的光电子可以将 U(VI)还原成U(IV)，进一步提高了吸附能力。在辐照处理含 U(VI)和 TA的废水中，FH-graphene-MoS2 杂化纳米薄片中的MoS2 分解了 TA，从而减少了吸附位点的占用，大大提高了 FH-graphene杂化纳米薄片对 U(VI)的吸附能力。

目录

声明

1 绪 论

1.1 引言

1.2 吸附研究进展

1.2.1 吸附材料

1.2.2 吸附机理

1.2.3 影响因素

1.3 光催化研究进展

1.3.1光催化材料

1.3.3影响因素

1.3.2光催化机理

1.4菌丝基材料研究

1.4.1菌丝基材料的功能化

1.4.2菌丝基材料的应用

1.5 存在的问题及发展趋势

1.6 本课题目的及意义

1.7 本课题研究内容

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 材料

2.2.2 FH和FH/CNTs球的制备

2.2.3 材料表征

2.2.4批量吸附实验

2.2.5离子共存实验

2.2.6 解析实验

2.3 结果和讨论

2.3.1复合材料的形成过程

2.3.2 FH和FH/CNTs的表征

2.3.3 U(VI)吸附实验

2.3.4阳离子和阴离子染料的吸附

2.3.5解吸实验

2.4 本章小结

3 基于生物组装制备菌丝/氧化石墨烯气凝胶及其

3.1 引言

3.2实验部分

3.2.1 材料

3.2.2 GO和FH/GOA的合成

3.2.3 材料表征

3.2.4 批量吸附实验

3.2.5 共存离子和辐照影响

3.2.6 循环稳定性测试

3.3 结果与讨论

3.3.1 材料制备和表征

3.3.2 批量吸附实验

3.3.3吸附机理研究

3.4 本章小结

4 基于菌丝模板制备生物炭/石墨烯/硫化钼纳米复合材料

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1材料

4.2.2 FH-graphene和FH-graphene-MoS2杂化纳米片的合成

4.2.3 材料表征

4.2.4 催化-吸附测量

4.3 结果与讨论

4.3.1 制备过程及表征

4.3.2 FH-graphene-MoS2光催化性能测试

4.3.3 FH-graphene-MoS2吸附性能测试

4.3.4 机理分析

4.4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果