锆基复合纳米材料的设计、制备及其对饮用水中氟、砷吸附性能的研究

摘要

地下水中氟、砷超标引起健康危害是世界性问题。砷、氟含量较高时会引发人慢性砷、氟中毒，出现色素沉淀和氟斑牙等症状。针对氟、砷超标对人体造成的诸多危害，世界卫生组织WHO规定饮用水中砷和氟的含量分别是10μg/L和1.5mg/L。最近几十年，大量的科研工作者投身到寻找研究高效除氟除砷的方法中。通过比较众多除氟除砷的方法我们发现，吸附是一种设计可行度高、运行成本低、操作过程简便的较为有效的除砷除氟方法。目前报道的大多数除氟材料在使用过程中还存在着吸附容量较低、pH适用范围较窄、选择性差等问题。此外，文献中报道的材料大多只对As(Ⅴ)有很好的去除效果，而在实际水样中As(Ⅴ)与As(Ⅲ)是共同存在的，并且As(Ⅲ)的毒性要远远高于As(Ⅴ);另外，制备出的材料能否脱附再生，从而降低成本也是大家普遍关注并致力解决的问题。在这些吸附剂中，锆基吸附剂因其对氟、砷有很强的结合能力和其可接受的使用成本而受到越来越多的关注。本论文研究了锆基复合材料（CeO2-ZrO2、MICB）的设计、制备及其对饮用水中氟、砷的吸附性能和吸附机理，主要包括以下内容:
　　第一章综述了水中砷、氟的污染现状及危害，分别介绍了水中砷、氟的去除方法;并对锆基吸附砷、氟材料进行概述介绍。
　　第二章具体研究了多孔CeO2-ZrO2纳米粒子对水中氟离子的去除，包括CeO2-ZrO2的制备、表征;对该材料的饱和吸附容量、吸附随时间的变化、溶液pH值、共存离子对吸附过程的影响及对实际水样的动力学吸附效果逐一展开研究。此外，为了揭示多孔CeO2-ZrO2纳米粒子的吸附机理，我们对CeO2-ZrO2表面电势、吸附前后的红外光谱和XPS光谱进行表征分析。根据以上结果可以推测得出，空心CeO2-ZrO2是一种除氟性能优异、很有应用前景的高效吸附剂。
　　第三章论述了使用模板法将Fe3O4@Zr(OH)4负载在壳聚糖中形成磁性铁锆壳聚糖小球(简称为MICB)。我们对MICB的除砷能力展开一系列研究。包括吸附容量和吸附动力学的研究。此外，我们还对各种可能对MICB吸附砷产生影响的因素进行了相关的实验设计，如吸附剂剂量，吸附过程中pH值变化、反应时间、初始浓度和共存离子等，并对这些因素导致吸附过程的变化、造成的影响进行数据分析、结果讨论。我们对吸附剂MICB的脱附再生和吸附机理也都进行了深入的探索研究。此外，MICB在对实际水样中砷的去除中也表现出优良的吸附性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 水体中氟、砷的来源与分布

1．2．1 水中氟的来源与分布

1．2．2 水中砷的来源与分布

1．3 氟、砷污染的危害

1．3．1 氟污染的危害

1．3．2 砷污染的危害

1．4 氟和砷的去除方法

1．4．1 氟的去除方法

1．4．2 砷的去除方法

1．5 以锆为基的复合材料去除砷、氟的研究现状

1．6 本文研究目的与意义

1．6．1 选题思路

1．6．2 本论文的研究内容

参考文献

第2章 空心CeO2-ZrO2对水中F的吸附性能研究

2．1 引言

2．2 材料制备

2．2．1 主要化学试剂及规格

2．2．2 CeO2-ZrO2的制备

2．2．3 样品表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 材料的表征

2．3．2 溶液pH值对CeO2-ZrO2纳米粒子吸附氟的影响

2．3．3 吸附动力学的研究

2．3．4 吸附等温线

2．3．5 共存离子的影响

2．3．6 实际水样的除氟效果

2．3．7 吸附机理的研究

2．4 本章小结

参考文献

第3章 磁性铁锆纳米粒子负载壳聚糖微球的制备及其对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附性能研究

3．1 引言

3．2 实验过程

3．2．1 主要化学试剂及规格

3．2．2 Fe3O4@Zr(OH)4复合磁性材料的制备

3．2．3 Fe3O4@Zr(OH)4复合磁性材料负载壳聚糖微球的制备

3．2．4 样品表征

3．2．5 吸附实验

3．3 结果与讨论

3．3．1 MICB的结构和形貌特征

3．3．2 MICB的投放量对吸附效果的影响

3．3．3 pH值对吸附效果的影响

3．3．4 吸附动力学研究

3．3．5 等温吸附研究

3．3．6 共存离子的干扰作用

3．3．7 吸附剂的回收与重复利用

3．3．8 吸附剂对实际水样中的砷的去除效果

3．3．9 柱床实验

3．3．10 吸附机理的研究

3．4 本章小结

参考文献

第4章 总结与展望

4．1 本文主要结论

4．2 本文主要贡献及创新点

4．3 展望

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果