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基于磁性纳米Fe3O4功能化修饰及对酸性黑10B和Cr(VI)的吸附研究

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1 绪论

1.2染色废水处理研究进展

1.3 含重金属Cr(VI)废水处理研究进展

1.4 吸附法处理废水的研究进展

1.5 Fe3O4简介

1.6 磁性纳米Fe3O4吸附材料的研究进展

1.7 本课题的提出

2 磁性纳米Fe3O4的制备及性能表征

2.3 表征方法

2.4 表征结果分析

2.5 本章小结

3 磁性Fe3O4@SiO2-APTES的制备及对酸性黑10B染料的吸附

3.2 实验方法

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

4 磁性明胶基纳米Fe3O4的制备及对Cr(VI)废水的吸附

4.2 实验方法

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.2 展望

致谢

参考文献

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摘要

本文基于对超顺磁性纳米Fe3O4进行功能化修饰，制备出吸附性能良好、易于分离回收的两种新型功能磁性纳米Fe3O4吸附剂，用于去除水体中酸性黑10B染料和高毒性重金属 Cr(VI)，以实现对水污染物的高效治理。具体内容如下：
　　(1)研究了共沉淀法合成磁性纳米Fe3O4颗粒过程中聚乙二醇2000(PEG2000)作为分散剂对Fe3O4分散程度的影响。通过 X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、红外光谱（FT-IR）、振动样品磁强计（VSM）等进行表征，结果表明PEG2000的添加可有效改善Fe3O4的分散程度，Fe3O4/PEG粒径约为10nm，可作为理想的磁核材料进行进一步的功能化修饰改性。
　　(2)使用磁性Fe3O4/PEG作为磁核，利用溶胶凝胶法成功在Fe3O4表面包覆二氧化硅层，并将带有氨基官能团的γ―氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)接枝到Fe3O4@SiO2的表面，制备出磁性纳米 Fe3O4@SiO2-APTES，比表面积为64.66m2/g，在溶液中具有良好的分散性和磁响应性。
　　(3)以明胶为功能化改性原料制备磁性纳米明胶基Fe3O4复合物，明胶分子依靠静电引力与Fe3O4/PEG结合，通过XRD表征表明明胶的加入未改变Fe3O4的晶型结构，粒径有所增大。
　　(4)将制备出的磁性纳米Fe3O4@SiO2-APTES和磁性纳米明胶基Fe3O4分别用于水体中酸性黑10B染料和高毒性Cr(VI)的吸附去除，研究了吸附质溶液pH、吸附剂用量、吸附温度、吸附质初始浓度等因素对吸附效果的影响，并使用吸附动力学和吸附等温线模型探讨了各自的吸附性能。
　　结果表明：
　　0.05g磁性纳米Fe3O4@SiO2-APTES吸附剂吸附100mL质量浓度60mg/L的酸性黑10B染料溶液，在pH为3，30℃条件下可使染料去除率达95％以上。Fe3O4@SiO2-APTES对酸性黑10B的吸附容量随染料初始浓度增加而升高，在一定温度区间内升温对吸附有促进作用，吸附过程更符合准二级动力学方程和Freundlich等温吸附模型，吸附机理为Fe3O4@SiO2-APTES表面的-NH2在低pH下质子化形成大量-NH3+，与酸性黑10B分子中的-SO3-发生强的静电吸引和氢键结合。
　　磁性纳米明胶基Fe3O4吸附剂去除水体中重金属Cr(VI)，尤其对低质量浓度Cr(VI)的去除效果优异，在25℃，溶液pH为2条件下，使用0.2g磁性纳米明胶基Fe3O4吸附剂处理100mL质量浓度20mg/L的Cr(VI)溶液，去除率可达到99.83%，溶液中残余Cr(VI)的质量浓度仅为0.033mg/L，实现了Cr(VI)的达标排放。吸附过程更符合准二级动力学方程，使用Langmuir和Freundlich等温吸附模型均能很好地描述Cr(VI)的等温吸附过程，吸附过程中物理吸附与化学吸附共存。
　　吸附完成后，在外加磁场作用下，两种吸附材料均能在水体中定向移动，实现了吸附剂快速分离的目的。

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