新型過(guò)渡金屬氧化物-碳復(fù)合材料的合成及在水體污染物處理中的應(yīng)用.pdf

1、各種工業(yè)廢水和城鎮(zhèn)污水中含有多種不同的污染物，其中重金屬和持久性有機(jī)污染物是常見(jiàn)的兩大類(lèi)有毒污染物。它們對(duì)水生物和人類(lèi)的健康造成了嚴(yán)重的危害。金屬氧化物/碳復(fù)合材料結(jié)合了金屬氧化物和碳兩者的優(yōu)點(diǎn)于一身，無(wú)論是在吸附還是降解污染物方面都有很好的應(yīng)用潛能。本文設(shè)計(jì)合成了三種具有新型結(jié)構(gòu)的過(guò)渡金屬氧化物/碳復(fù)合材料，并探究了它們?cè)谌コw污染物方面的性能。
　　1、納米級(jí)的金屬氧化物通過(guò)吸附或催化可以有效地去除重金屬和有機(jī)污染物，但是它

2、們依然存在一些缺陷，如穩(wěn)定性差、難循環(huán)、活性不足等。將金屬氧化物跟石墨烯納米片結(jié)合能有效地解決以上不足。因而，本小結(jié)采用溶劑熱反應(yīng)，以氧化石墨烯、金屬錳鹽和氨三乙酸（NA）為原料一步法制備了rGO/錳基納米纖維（Mn3(NA)2），在氮?dú)夥諊蛂GO的保護(hù)下煅燒處理后，錳基納米纖維轉(zhuǎn)化成MnO/NC，但依然能夠保持原有的纖維狀結(jié)構(gòu)。合成的rGO穩(wěn)定的MnO/NC納米纖維即rGO-MnO/NC不僅結(jié)合了rGO和MnO各自的優(yōu)點(diǎn)，而且材料中

3、還含有豐富的氮元素，這些氮源于含氮配體（NA）的碳化。正是基于以上特性， rGO-MnO/NC復(fù)合材料展示出優(yōu)異的吸附和催化性能。通過(guò)比較材料中不同含量的rGO對(duì)材料吸附和催化性能的影響和一系列的表征結(jié)果，我們得出材料中最佳的 rGO質(zhì)量比例為5wt％，即文中的 rGO-MnO/NC-2。MnO/NC和rGO-MnO/NC對(duì)鉛離子的等溫吸附都符合Langmuir模型，且rGO-MnO/NC-2對(duì)鉛離子的吸附動(dòng)力學(xué)更符合偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。

4、在起始pH=5和室溫25℃的條件下，rGO-MnO/NC-2吸附鉛離子的最大理論吸附量達(dá)到了222.2mg/g，它的吸附量幾乎是純的MnO/NC的2倍。此外，rGO-MnO/NC-2在催化降解MB方面，也展示出最佳的催化性能。由此可得，調(diào)節(jié)好材料中的rGO和MnO/NC的比例對(duì)其去除污染物的性能而言是至關(guān)重要的，且該類(lèi)材料在治理水中重金屬和有機(jī)污染物方面有很好的應(yīng)用潛能。
　　2、用金屬有機(jī)框架（MOF）即Fe-MIL-88作為模

5、板來(lái)合成不同的FeOx/C納米復(fù)合材料。有機(jī)污染物（4-NP）降解實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所制備的FeOx/C納米復(fù)合材料在H2O2輔助下展示出高催化活性。此外，研究發(fā)現(xiàn)熱解Fe-MIL-88所采用的溫度對(duì)FeOx/C納米復(fù)合材料的組分、結(jié)構(gòu)和催化活性都具有明顯的影響。其中在500℃熱解Fe-MIL-88所制備的FeOx/C-500具有最好的催化活性。與此同時(shí)，我們還研究了催化劑投入量、H2O2加入量以及反應(yīng)溫度和初始pH值對(duì)FeOx/C-500催

6、化降解水中4-NP的影響。最終發(fā)現(xiàn)，在起始pH=6.2和25℃時(shí)通過(guò)加入20 mg FeOx/C-500和200μL H2O2（30 wt%）能在75分鐘內(nèi)將250mL的50 mg/L的4-NP去除88.9%。
　　3、通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的合成步驟，我們合成了一系列不同比例的核殼結(jié)構(gòu)的ZIF-8@ZIF-67。然后以它為前驅(qū)體和犧牲劑通過(guò)在氮?dú)庀蚂褵陀?M HCl溶液酸化，我們成功合成了核殼結(jié)構(gòu)的NC@GC復(fù)合材料。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，

7、GC含量較少的NC@GC-1對(duì)CBZ和4-NP表現(xiàn)出最佳的吸附性能。由吸附等溫線可算出NC@GC-1對(duì)卡馬西平（CBZ）的最大理論吸附量為180.2mg/g。這類(lèi)材料對(duì)CBZ的吸附動(dòng)力學(xué)均為偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)吸附模型，因此都屬于化學(xué)吸附，且GC含量越多吸附達(dá)到平衡所需的時(shí)間就越短。通過(guò)探究溫度的影響，發(fā)現(xiàn)溫度越高，吸附量越小，說(shuō)明這類(lèi)材料對(duì)CBZ的吸附屬于放熱反應(yīng)。通過(guò)探究溶液pH的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這類(lèi)吸附劑在pH=2~12的范圍內(nèi)均具有比