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基于石墨烯载体的铁基除砷材料制备及性能评估

作　者: 朝木尔乐格
导　师: 冯流
学　校: 北京化工大学
专　业: 环境科学与工程
关键词: 石墨烯 磁铁矿 赤铁矿 零价铁 除砷
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


砷是一种毒性很强的原生质毒物,近年来水体砷污染已经成为危害水体环境的世界性问题,去除水体中砷日益受到广泛关注。吸附法是砷去除工艺中最有效的方法之一,因此优质吸附材料的研究至关重要。本文以氧化石墨为前驱体,分别将磁铁矿、赤铁矿和零价铁三种形态的铁负载到石墨烯上,.制备出石墨烯负载磁铁矿(M-RGO)、石墨烯负载赤铁矿(H-RGO)和石墨烯负载零价铁(N-RGO)三种复合材料,并通过单因素实验确定了材料的制备条件。通过FTIR、XRD、 XPS、SEM和EDX等方法对材料内部结构、晶型结构、表面形态和元素分布等进行了分析。研究比较了三种材料的除砷性能,如吸附动力曲线、吸附等温线、pH值范围、温度和共存离子对除砷效果影响。对三种材料的除砷机理进行了初步的研究。结果表明,Fe3O4、Fe2O3和Fe0三种不同形态铁很好的负载石墨烯载体上,成功的制备出M-RGO、H-RGO、N-RGO三种负载不同铁形态的复合材料。三种材料吸附As(Ⅲ)的动力曲线遵从准二级动力学模型,吸附等温线符合Langmuir模型,在相同条件下,其吸附容量依次为N-RGO>M-RGO>H-RGO。三种材料均在弱酸性至中性条件下对As(Ⅲ)有较好的吸附效果,M-RGO和H-RGO材料受pH值影响较小,且吸附As(Ⅲ)的最佳pH值范围较N-RGO材料宽。三种材料在温度为30℃～40℃范围内对As(Ⅲ)有良好的吸附能力。对比三种材料对共存离子的抗干扰能力,发现N-RGO材料抗干扰能力最强,其次是H-RGO材料,M-RGO材料最差。三种材料吸附砷以化学吸附为主导,物理吸附相结合,通过Fe和O元素构成的Fe-O官能团跟砷离子之间形成共沉淀络合物将水体中砷固定在材料表面,达到去除砷的目的。

全文目录


学位论文数据集  4-5
摘要  5-7
ABSTRACT  7-16
第一章 绪论  16-32
  1.1 砷的存在形态和危害  16-18
    1.1.1 砷的性质和存在形态  16-17
    1.1.2 砷的污染现状和危害  17-18
  1.2 除砷技术研究进展  18-20
    1.2.1 混凝沉淀法  18-19
    1.2.2 离子交换法  19
    1.2.3 膜技术法  19-20
    1.2.4 生物法  20
  1.3 吸附法除砷技术进展  20-24
    1.3.1 天然材料及废渣  21-22
    1.3.2 活性氧化铝吸附剂  22
    1.3.3 复合吸附剂  22-23
    1.3.4 改性吸附剂  23
    1.3.5 生物吸附剂  23-24
  1.4 含铁吸附剂  24-27
    1.4.1 氢氧化铁  24-25
    1.4.2 零价铁  25
    1.4.3 磁铁矿  25-26
    1.4.4 赤铁矿  26
    1.4.5 其他含铁吸附剂  26-27
  1.5 基于石墨烯的吸附剂  27-28
    1.5.1 石墨烯结构与性能  27
    1.5.2 石墨烯的制备方法  27
    1.5.3 石墨烯除砷研究进展  27-28
  1.6 课题研究计划  28-32
    1.6.1 课题研究意义  28-29
    1.6.2 课题研究内容  29-32
第二章 材料制备与表征  32-48
  2.1 实验试剂与仪器  32-33
    2.1.1 实验试剂  32-33
    2.1.2 实验仪器  33
  2.2 材料制备及表征方法  33-37
    2.2.1 材料制备方法  33-36
    2.2.2 材料表征方法  36-37
  2.3 结果与讨论  37-47
    2.3.1 材料结构与性能特性  37-42
    2.3.2 材料制备条件  42-47
  2.4 本章小结  47-48
第三章 材料除砷性能评估与应用  48-68
  3.1 试验试剂与仪器  48-49
    3.1.1 试验试剂  48
    3.1.2 试验仪器  48-49
  3.2 材料除砷性能评估方法  49-51
    3.2.1 砷含量测定  49
    3.2.2 砷的吸附试验  49-51
  3.3 结果与讨论  51-59
    3.3.1 吸附动力学特性  51-54
    3.3.2 吸附等温线  54-56
    3.3.3 吸附影响因素  56-59
  3.4 吸附机理研究  59-67
    3.4.1 傅里叶红外光谱分析(FTIR)  59-61
    3.4.2 X射线光电子能谱分析(XPS)  61-64
    3.4.3 扫描电子显微镜分析(SEM)  64-65
    3.4.4 X射线光谱分析(EDX)  65-67
  3.5 本章小结  67-68
第四章 结论与展望  68-70
  4.1 结论  68-69
  4.2 展望  69-70
参考文献  70-78
致谢  78-80
研究成果及发表论文  80-82
作者简介与导师简介  82-83
附录  83-84

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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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