磁性納米材料的制備及其在污水處理中的應用

【摘要】：近年來,隨著工業(yè)化步伐的加快,我國的水資源污染越來越嚴重。在各種污染源中,重金屬離子因為具有不能自行降解、不易轉(zhuǎn)化、易于團聚等特點而很容易通過各種渠道進入人體,對人們的身體造成了極大的傷害,甚至威脅到人們的生命。為了凈化污水,人們正在積極的研究污水處理技術(shù)。磁性納米材料作為一種新型吸附材料,不僅具有較大的比表面積,而且其所具有特殊的磁學性能更易于吸附劑的分離與回收。因此,磁性納米吸附劑的性能將優(yōu)于普通的納米吸附劑。 本文采用水熱法,以檸檬酸三鈉為配位劑,水合肼為還原劑,在氮氣保護下合成了一系列鎳鐵雙金屬顆粒,并通過XRD、VSM、TEM、TG-DTA對其進行了表征,結(jié)果表明,鎳鐵的組成對所得產(chǎn)物結(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)以及磁性具有調(diào)控作用,其中鎳鐵起始比為1：1和1：2所得產(chǎn)物具有超順磁性能。 為了提高磁性納米顆粒的穩(wěn)定性和吸附性能,本文采用硅酸鈉碳酸分解法制備出二氧化硅復合的磁性納米顆粒,并通過各種手段對該類磁性復合材料進行了表征,研究表明,磁性顆粒外層有二氧化硅,使其抗氧化性能明顯優(yōu)于未復合二氧化硅的顆粒。 將Fe3O4@SiO2和Ni2.33Fe兩種磁性顆粒應用于對Ni2+的吸附,考察了不同組成顆粒、吸附劑用量、初始濃度、pH值以及溫度等因素對Ni2+吸附效果的影響。研究表明,Fe3O4@SiO2對Ni2+的吸附效果優(yōu)于Ni2.33Fe吸附劑；Fe3O4@SiO2對Ni2+的平衡吸附量隨著初始濃度的增加而增大；在弱酸條件下,隨著pH值的升高而降低；在低于45℃時,平衡吸附量會隨著溫度的升高而增加。研究還表明,Fe3O4@SiO2和Ni2.33Fe吸附Ni2+均符合動力學準二級模型,熱力學Freundlich等溫模型,吸附過程主要受化學吸附控制。吸附劑可以重復利用,而且對Ni2+的吸附效果比較穩(wěn)定。 對吸附Cr(Ⅵ)吸附做了初步的探究,未復合二氧化硅的Ni2.33Fe磁性顆粒對Cr(Ⅵ)的吸附效果更好,當初始濃度為50mg·L-1時,其平衡吸附量為8.040mg·g-1。吸附過程符合準二級動力學模型和熱力學Freundlich等溫模型。吸附過程受化學吸附控制。 【關(guān)鍵詞】：磁性納米材料 二氧化硅 吸附 鎳離子
【學位授予單位】：東北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TQ424;X703
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目錄8-11
• 第1章 緒論11-23
• 1.1 引言11
• 1.2 磁性納米材料的簡介11-12
• 1.3 磁性納米材料的性質(zhì)12-13
• 1.3.1 磁學性能12
• 1.3.2 小尺寸效應12
• 1.3.3 表面效應12-13
• 1.3.4 宏觀量子隧道效應13
• 1.3.5 量子尺寸效應13
• 1.4 國內(nèi)外現(xiàn)狀13-16
• 1.4.1 納米材料的發(fā)展13-14
• 1.4.2 國際納米材料的發(fā)展現(xiàn)狀14-15
• 1.4.3 國內(nèi)納米材料的發(fā)展現(xiàn)狀15-16
• 1.5 磁性納米材料的制備方法16-19
• 1.5.1 物理方法16-17
• 1.5.2 化學方法17-19
• 1.6 氧化硅磁性納米復合顆粒的制備19-21
• 1.7 磁性納米材料在水處理中的應用21-22
• 1.8 本論文的研究內(nèi)容與意義22-23
• 第2章 鎳鐵磁性納米顆粒的制備及表征23-34
• 2.1 引言23
• 2.2 鎳鐵性納米顆粒的制備原理23
• 2.3 實驗所需試劑及儀器設備23-24
• 2.4 實驗24-25
• 2.4.1 實驗步驟24-25
• 2.4.2 鎳鐵納米顆粒的表征25
• 2.5 結(jié)果與討論25-32
• 2.5.1 化學組成25-26
• 2.5.2 XRD表征26-27
• 2.5.3 TEM表征27-28
• 2.5.4 VSM表征28-30
• 2.5.5 TG-DTA表征30-32
• 2.6 沉降實驗32-33
• 2.7 本章小結(jié)33-34
• 第3章 二氧化硅復合的磁性納米復合材料的制備及表征34-47
• 3.1 引言34
• 3.2 實驗所需試劑及儀器設備34-35
• 3.3 實驗35-36
• 3.3.1 實驗步驟35
• 3.3.2 鎳鐵納米復合顆粒的表征35-36
• 3.4 結(jié)果與討論36-46
• 3.4.1 Fe_3O_4@SiO_2的表征36-39
• 3.4.2 Ni_3Fe@SiO_2的表征39-42
• 3.4.3 Ni_9Fe@SiO_2的表征42-46
• 3.5 本章小結(jié)46-47
• 第4章 磁性納米材料在處理污水中的應用47-64
• 4.1 引言47
• 4.2 實驗所需儀器設備和藥品47-48
• 4.3 磁性納米材料吸附水中的鎳離子48-59
• 4.3.1 鎳離子標準曲線的繪制48-49
• 4.3.2 實驗步驟49
• 4.3.3 吸附鎳離子的影響因素49-52
• 4.3.4 Fe_3O_4@SiO_2吸附鎳離子的動力學模型52-53
• 4.3.5 Fe_3O_4@SiO_2吸附鎳離子的等溫模型53-55
• 4.3.6 Fe_3O_4@SiO_2吸附鎳離子的傳質(zhì)模型55
• 4.3.7 Fe_3O_4@SiO_2吸附鎳離子的重復利用55-56
• 4.3.8 Ni_(2.33)Fe對鎳離子的吸附模型56-59
• 4.4 磁性納米材料吸附污水中的Cr(Ⅵ)59-62
• 4.4.1 Cr(Ⅵ)標準曲線的繪制59-60
• 4.4.2 不同磁性顆粒對Cr(Ⅵ)的去除能力60
• 4.4.3 Ni_(2.33)Fe對Cr(Ⅵ)的吸附模型60-62
• 4.5 本章小結(jié)62-64
• 第5章 結(jié)論64-65
• 參考文獻65-69
• 致謝69-70
• 攻讀學位期間發(fā)表的論文70

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