Fe3O4@TiO2磁性纳米粒子的制备及吸附重金属性能研究

摘要

随着社会的发展，工业化水平越来越高，造成的污染也越来越多，尤其是水体重金属污染现象日益严峻，重金属可以在环境中逐渐积累并对生物体产生毒理作用，因此，如何去除环境中的重金属收到越来越多的关注。纳米二氧化钛(TiO2)因其化学惰性、成本低、无毒、反应条件温和等特性，在空气净化和水体污染物去除等领域得到广泛应用，但其完成反应后难以从反应体系中分离且极易流失。而磁性纳米颗粒(Fe3O4)具有化学活性表面和大表面积，其可用于从水溶液中提取一定范围的离子。此外，它们的超顺磁性质提供了在目标离子被吸附之后从溶液中大量收集材料的方便的手段，但是容易产生颗粒聚集引起的反应性表面积损失。
　　因此，本论文通过溶胶-凝胶和水热法合成了Fe3O4@TiO2磁性纳米复合材料作为有效的吸附剂，即可以采用外加磁场从溶液中快速分离，也缓解了纳米粒径过小等原因引起的颗粒聚集降低活性表面的问题，用于从水溶液中去除铅。通过BET、VSM、SEM、TEM、FT-IR、XPS表征纳米复合材料。结果表明，制备的纳米复合材料具有高的比表面积(124.178m2·g-1)，超顺磁性，刺球形态。通过间歇吸附技术，详细研究了Fe3O4@TiO2的吸附性能，如pH，反应时间，初始浓度和温度对吸附效果的影响。Pb(Ⅱ)离子的最大吸附容量在平衡时间为20min和吸附温度313K时为588mg·g-1。吸附平衡数据能很好的拟合Langmuir和Freundlich等温线模型，并且可以通过伪二阶动力学模型来描述。Pb(Ⅱ)吸附到Fe3O4@TiO2纳米吸附剂的热力学表明吸附是自发的，吸热的和物理性质的。以EDTA作为解析剂，NaOH作为再生剂重复使用五次后，吸附容量仍可达到初始吸附的70％以上。总体而言，由于其吸附速率快，吸附能力强，易于磁分离，具有再生的特点，显示出良好的水处理潜力。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1．2 重金属废水的污染现状

1．1．3 重金属废水的治理技术

1．2 磁性纳米材料处理重金属废水的研究

1．2．1 有机小分子修饰Fe3O4磁性纳米粒子

1．2．2 高分子聚合物修饰Fe3O4磁性纳米粒子

1．2．3 无机纳米材料修饰Fe3O4磁性纳米粒子

1．3 不同因素对吸附效果的影响

1．3．1 溶液pH对吸附效果的影响

1．3．2 吸附温度和吸附时间的影响

1．3．3 重金属离子初始浓度和吸附剂质量

1．4 本论文的研究意义及主要内容

第二章 Fe3O4@TiO2磁性纳米粒子的扩大制备及优化

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂和仪器

2．2．2 Fe3O4@TiO2磁性微球(Fe3O4@TiO2 MPs)的制备

2．2．3 重金属间歇吸附实验

2．3 结果与讨论

2．3．1 Fe3O4@TiO2磁性微球溶胶凝胶过程的优化

2．3．2 海胆状Fe3O4@TiO2磁性微球水热过程的优化

2．3．3 海胆状Fe3O4@TiO2磁性微球的表征

2．4 小结

第三章 Fe3O4@TiO2磁性纳米粒子对重金属吸附性能的研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂和仪器

3．2．2 模拟废水配置

3．2．3 重金属离子间歇吸附实验

3．2．4 动态吸附实验

3．3 结果与讨论

3．3．1 Fe3O4@TiO2磁性纳米粒子各组分吸附能力分析

3．3．2 不同因素对重金属吸附效果的影响

3．3．4 吸附等温模型拟合

3．3．5 吸附动力学模型拟合

3．3．5 热力学分析

3．3．6 吸附机理的探讨

3．3．7 动态吸附实验

3．4 小结

第四章 吸附剂重复利用效果的研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂和仪器

4．2．2 重金属离子间歇吸附实验

4．2．3 重金属离子解析再生实验

4．3 结果与讨论

4．3．1 工艺参数对重复利用实验的影响

4．3．2 不同处理方式得到的吸附剂重复利用实验

4．3．3 吸附剂不同组分重复利用效果

4．3．4 解析剂种类对重复利用实验的影响

4．4 小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 建议和展望

参考文献

致谢

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