磁性石墨烯納米材料對水中第一類重金屬的吸附研究.pdf

1、對水體中第一類重金屬污染物的治理是當今人們急切關注的問題。針對這一問題，吸附法已經被廣泛使用，但是傳統的吸附劑具有回收困難的缺點。本研究采用磁性石墨烯納米材料實現對水中第一類重金屬污染物的高效吸附。將石墨烯與鐵氧化物復合，制備了磁性納米復合材料鐵酸鈷-還原的氧化石墨烯(CoFe2O4-rGO)以及鐵酸鈷-殼聚糖/還原的氧化石墨烯(MCGS)，并研究了它們對水中的第一類重金屬污染物的吸附去除，論文的主要研究內容及結果如下:
　　(1

2、)將磁性材料與石墨烯進行復合，制備了CoFe2O4-rGO和MCGS，并對合成出的材料進行了SEM、FTIR、XRD、BET、Zeta電位及磁分離效果等表征，結果表明，磁性材料已成功復合在石墨烯的表面，CoFe2O4-rGO和MCGS制備成功。
　　(2)將CoFe2O4-rGO用于水中重金屬的吸附去除研究，以Pb(Ⅱ)和Hg(Ⅱ)為代表，探討了最佳吸附條件，通過吸附動力學，吸附等溫線及吸附熱力學探討了該過程的吸附機理。得到最佳吸

3、附條件:(i)Pb(Ⅱ):在吸附劑用量為8 mg、振蕩時間為80 min、pH=5.3的最佳吸附條件下，Pb(Ⅱ)去除率可達80％以上;(ii) Hg(Ⅱ):在吸附劑用量為7 mg、振蕩時間為60 min、pH=4.6的最佳吸附條件下，Hg(Ⅱ)去除率可達80％以上。對它們的吸附過程進行了動力學擬合，實驗數據均符合擬二級動力學模型，即吸附過程是化學吸附，計算得到的CoFe2O4-rGO對Pb(Ⅱ)和Hg(Ⅱ)的理論飽和吸附量分別為123

4、.3 mg/g和27.91 mg/g。在不同溫度下CoFe2O4-rGO對水中Pb(Ⅱ)和Hg(Ⅱ)的吸附均較好的符合Langmuir型，說明CoFe2O4-rGO對Pb(Ⅱ)和Hg(Ⅱ)的吸附均為單分子層吸附。吸附熱力學研究表明，CoFe2O4-rGO對Pb(Ⅱ)和Hg(Ⅱ)的吸附是均為可以自發(fā)進行的放熱反應，升高溫度不利于反應的進行。(iii)將CoFe2O4-rGO用于水中其他重金屬離子的研究，以Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅲ)為代表，其吸

5、附效果較差。
　　(3)將MCGS用于水中重金屬的吸附去除研究，以Hg(Ⅱ)為代表，探討了最佳吸附條件，通過吸附動力學，吸附等溫線及吸附熱力學探討了該過程的吸附機理。得到最佳吸附條件:吸附劑用量為6 mg、振蕩時間為240 min、pH=7.0。在最佳吸附條件下，去除率可達80％以上。對該吸附過程進行的動力學擬合得出其符合擬二級動力學模型，即為化學吸附，計算得到的MCGS對Hg(Ⅱ)的理論飽和吸附量為182.8 mg/g。在不同溫

6、度下MCGS對水中Hg(Ⅱ)的吸附均較好的符合Langmuir型吸附等溫線，說明MCGS對Hg(Ⅱ)的吸附是表面均勻的單分子層吸附。吸附熱力學研究表明:⊿G＜0，⊿H＞0。MCGS對Hg(Ⅱ)的吸附是一個可以自發(fā)進行吸熱反應，升高溫度有利于反應的進行。⊿S＞0說明熵值變大，吸附過程中混亂度增加。
　　將MCGS用于水中其他重金屬離子的研究，以Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅲ)為代表，其吸附效果較差。
　　(4)分別研究了不同