磁性纳米材料的制备及其在污水处理中的应用

【摘要】：近年来,随着工业化步伐的加快,我国的水资源污染越来越严重。在各种污染源中,重金属离子因为具有不能自行降解、不易转化、易于团聚等特点而很容易通过各种渠道进入人体,对人们的身体造成了极大的伤害,甚至威胁到人们的生命。为了净化污水,人们正在积极的研究污水处理技术。磁性纳米材料作为一种新型吸附材料,不仅具有较大的比表面积,而且其所具有特殊的磁学性能更易于吸附剂的分离与回收。因此,磁性纳米吸附剂的性能将优于普通的纳米吸附剂。 本文采用水热法,以柠檬酸三钠为配位剂,水合肼为还原剂,在氮气保护下合成了一系列镍铁双金属颗粒,并通过XRD、VSM、TEM、TG-DTA对其进行了表征,结果表明,镍铁的组成对所得产物结构、表面性质以及磁性具有调控作用,其中镍铁起始比为1：1和1：2所得产物具有超顺磁性能。 为了提高磁性纳米颗粒的稳定性和吸附性能,本文采用硅酸钠碳酸分解法制备出二氧化硅复合的磁性纳米颗粒,并通过各种手段对该类磁性复合材料进行了表征,研究表明,磁性颗粒外层有二氧化硅,使其抗氧化性能明显优于未复合二氧化硅的颗粒。 将Fe3O4@SiO2和Ni2.33Fe两种磁性颗粒应用于对Ni2+的吸附,考察了不同组成颗粒、吸附剂用量、初始浓度、pH值以及温度等因素对Ni2+吸附效果的影响。研究表明,Fe3O4@SiO2对Ni2+的吸附效果优于Ni2.33Fe吸附剂；Fe3O4@SiO2对Ni2+的平衡吸附量随着初始浓度的增加而增大；在弱酸条件下,随着pH值的升高而降低；在低于45℃时,平衡吸附量会随着温度的升高而增加。研究还表明,Fe3O4@SiO2和Ni2.33Fe吸附Ni2+均符合动力学准二级模型,热力学Freundlich等温模型,吸附过程主要受化学吸附控制。吸附剂可以重复利用,而且对Ni2+的吸附效果比较稳定。 对吸附Cr(Ⅵ)吸附做了初步的探究,未复合二氧化硅的Ni2.33Fe磁性颗粒对Cr(Ⅵ)的吸附效果更好,当初始浓度为50mg·L-1时,其平衡吸附量为8.040mg·g-1。吸附过程符合准二级动力学模型和热力学Freundlich等温模型。吸附过程受化学吸附控制。 【关键词】：磁性纳米材料 二氧化硅 吸附 镍离子
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ424;X703
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 引言11
• 1.2 磁性纳米材料的简介11-12
• 1.3 磁性纳米材料的性质12-13
• 1.3.1 磁学性能12
• 1.3.2 小尺寸效应12
• 1.3.3 表面效应12-13
• 1.3.4 宏观量子隧道效应13
• 1.3.5 量子尺寸效应13
• 1.4 国内外现状13-16
• 1.4.1 纳米材料的发展13-14
• 1.4.2 国际纳米材料的发展现状14-15
• 1.4.3 国内纳米材料的发展现状15-16
• 1.5 磁性纳米材料的制备方法16-19
• 1.5.1 物理方法16-17
• 1.5.2 化学方法17-19
• 1.6 氧化硅磁性纳米复合颗粒的制备19-21
• 1.7 磁性纳米材料在水处理中的应用21-22
• 1.8 本论文的研究内容与意义22-23
• 第2章 镍铁磁性纳米颗粒的制备及表征23-34
• 2.1 引言23
• 2.2 镍铁性纳米颗粒的制备原理23
• 2.3 实验所需试剂及仪器设备23-24
• 2.4 实验24-25
• 2.4.1 实验步骤24-25
• 2.4.2 镍铁纳米颗粒的表征25
• 2.5 结果与讨论25-32
• 2.5.1 化学组成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 沉降实验32-33
• 2.7 本章小结33-34
• 第3章 二氧化硅复合的磁性纳米复合材料的制备及表征34-47
• 3.1 引言34
• 3.2 实验所需试剂及仪器设备34-35
• 3.3 实验35-36
• 3.3.1 实验步骤35
• 3.3.2 镍铁纳米复合颗粒的表征35-36
• 3.4 结果与讨论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 本章小结46-47
• 第4章 磁性纳米材料在处理污水中的应用47-64
• 4.1 引言47
• 4.2 实验所需仪器设备和药品47-48
• 4.3 磁性纳米材料吸附水中的镍离子48-59
• 4.3.1 镍离子标准曲线的绘制48-49
• 4.3.2 实验步骤49
• 4.3.3 吸附镍离子的影响因素49-52
• 4.3.4 Fe_3O_4@SiO_2吸附镍离子的动力学模型52-53
• 4.3.5 Fe_3O_4@SiO_2吸附镍离子的等温模型53-55
• 4.3.6 Fe_3O_4@SiO_2吸附镍离子的传质模型55
• 4.3.7 Fe_3O_4@SiO_2吸附镍离子的重复利用55-56
• 4.3.8 Ni_(2.33)Fe对镍离子的吸附模型56-59
• 4.4 磁性纳米材料吸附污水中的Cr(Ⅵ)59-62
• 4.4.1 Cr(Ⅵ)标准曲线的绘制59-60
• 4.4.2 不同磁性颗粒对Cr(Ⅵ)的去除能力60
• 4.4.3 Ni_(2.33)Fe对Cr(Ⅵ)的吸附模型60-62
• 4.5 本章小结62-64
• 第5章 结论64-65
• 参考文献65-69
• 致谢69-70
• 攻读学位期间发表的论文70

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