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赤铁矿/碳纳米管纳米复合材料吸附水溶液中Cu（Ⅱ）和Cr（Ⅵ）的研究

作　者: 张彩霞
导　师: 林衍
学　校: 重庆大学
专　业: 环境科学与工程
关键词: 赤铁矿 多壁碳纳米管 纳米复合材料 吸附 二价铜和六价铬
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


水体Cr（Ⅵ）、Cu（Ⅱ）污染问题一直是国内外很多学者研究的焦点，也研发了多种方法对含Cr（Ⅵ）、Cu（Ⅱ）重金属废水和污染的水体进行处理和修复，其中吸附是最常用的方法之一。随着纳米技术的日趋完善和人们环保意识的增强，纳米材料及纳米复合材料作为新材料也开始应用于吸附领域，并表现出明显的优势。制备了赤铁矿（α-Fe2O3）纳米粒子和通过在羧化的MWCNTs溶液中水解硝酸铁[Fe（NO3）3]合成了一种新颖的纳米复合材料α-Fe2O3/MWCNT。运用TEM、BET、Zeta电势及XRD对这些纳米复合材料进行表征，α-Fe2O3/MWCNT表征显示，附着在MWCNTs表面的α-Fe2O3纳米粒子的数量分别为0.07和0.5g/g α-Fe2O3/MWCNT、粒度大小分别为5.9（±1.1）和8.9（±1.5）nm)。在合成过程中通过调控Fe（NO3）3水解量达到控制沉积在MWCNTs表面的α-Fe2O3纳米粒子的数量和大小，其直径随沉积在MWCNTs表面总铁质量的增加而增加。采用批量吸附实验，研究了功能化的MWCNTs、α-Fe2O3、α-Fe2O3/MWCNT分别对水中Cu（Ⅱ）和CrO42的吸附性能，探讨了溶液pH值和溶液的金属离子初始浓度对吸附的影响。结果表明，与MWCNTs或是自由悬浮的α-Fe2O3相比，α-Fe2O3/MWCNT吸附Cu（Ⅱ）和CrO42-的质量标准化浓度最大。纳米复合材料吸附能力提高是由于附着在MWCNTs上的α-Fe2O3比悬浮液中大量聚集的α-Fe2O3比表面积更大。相比其构成的自由悬浮的Fe2O3和MWCNTs，α-Fe2O3/MWCNT对Cu（Ⅱ）和CrO42-的吸附因pH不同而吸附量不同，表明固定化的α-Fe2O3纳米粒子具有相对独特和增强的表面活性。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
1 绪论  7-25
  1.1 碳纳米管简介  7-12
    1.1.1 碳纳米管性能  7-9
    1.1.2 碳纳米管应用前景  9-12
  1.2 纳米氧化铁概述  12-17
    1.2.1 纳米氧化铁应用  13-15
    1.2.2 纳米 Fe_2O_3的制备方法简介  15-17
  1.3 吸附  17-19
    1.3.1 吸附类型  18
    1.3.2 等温吸附模型  18-19
  1.4 国内外研究现状  19-24
    1.4.1 碳纳米管（CNTs）在废水处理中的研究与进展  19-21
    1.4.2 纳米氧化铁在废水处理中的研究进展  21-22
    1.4.3 CNTs 复合材料在废水处理中研究进展  22-24
  1.5 主要研究目的、内容、技术路线  24-25
    1.5.1 研究目的  24
    1.5.2 研究内容  24
    1.5.3 技术路线  24-25
2 实验试剂与仪器  25-30
  2.1 化学试剂  25-26
    2.1.1 主要试剂配制  25-26
  2.2 实验仪器  26
  2.3 表征方法  26-30
    2.3.1 透射电镜分析（TEM）  26-27
    2.3.2 BET 比表面积测定  27-28
    2.3.3 Zeta 电位测定  28
    2.3.4 X 射线衍射分析（XRD）  28-30
3 实验部分  30-35
  3.1 吸附剂制备  30-31
    3.1.1 MWCNTs 功能化  30
    3.1.2 α-Fe_2O_3纳米粒子制备  30
    3.1.3 α-Fe_2O_3/ MWCNTs 纳米复合材料制备  30-31
    3.1.4 沉积在 MWCNTs 上总铁质量的量化  31
  3.2 吸附剂的表征  31
  3.3 批吸附实验  31-35
    3.3.1 Cu(II)的吸附实验  31-33
    3.3.2 Cr(VI)吸附实验  33
    3.3.3 分析方法  33-35
4 结果与分析  35-50
  4.1 表征结果及分析  35-39
    4.1.1 MWCNTs 表征  35-36
    4.1.2 α-Fe_2O_3表征  36
    4.1.3 α-Fe_2O_3/ MWCNT 纳米复合材料表征  36-39
  4.2 吸附实验结果及分析  39-50
    4.2.1 Cu(II)吸附与 pH 关系  39-43
    4.2.2 初始 Cu(II)浓度对吸附的影响  43-46
    4.2.3 CrO2-4吸附与 pH 关系  46-47
    4.2.4 初始 CrO_4~(2-)浓度对吸附的影响  47-50
5 结论与建议  50-52
  5.1 结论  50
  5.2 建议  50-52
致谢  52-53
参考文献  53-58
附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文  58

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 一般性问题 > 废水的处理与利用
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