【摘 要】
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现如今,工业技术的发展带来了严重的水污染问题,其中重金属污染对环境和人体的伤害最大。处理水中重金属污染的方法有很多,而其中因为操作简单,处理成本相对不高并且不会产生次生污染等特点,使得吸附法受到了广大学者的青睐。因此,在本论文的实验中采用吸附法来处理废水中的重金属Cr(VI)和Cd(II)的污染。氧化石墨烯(GO)具有高表面积、含有较多官能团和亲水性好易于分散等特点,被广泛应用到水污染的处理过程中
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现如今,工业技术的发展带来了严重的水污染问题,其中重金属污染对环境和人体的伤害最大。处理水中重金属污染的方法有很多,而其中因为操作简单,处理成本相对不高并且不会产生次生污染等特点,使得吸附法受到了广大学者的青睐。因此,在本论文的实验中采用吸附法来处理废水中的重金属Cr(VI)和Cd(II)的污染。氧化石墨烯(GO)具有高表面积、含有较多官能团和亲水性好易于分散等特点,被广泛应用到水污染的处理过程中,但是其在吸附后不易从水中分离。因此,在本论文中利用GO作为基体材料制备了两种新的由氨基(-NH2)(TEPA:四乙烯五胺)和巯基(-SH)(MPTES:3-巯丙基三乙氧基硅烷)功能化的氧化石墨烯基吸附剂,并分别用来吸附废水中的Cr(VI)和Cd(II)。本研究中首先通过改进的Hummers法制备出基体材料GO,然后利用一步水热法和连续搅拌法(恒温)成功制备出了TGOM(TEPA-GO/Co Fe2O4)和SH-MGO(SH-Co Fe2O4/GO)两种容易从水中分离且不会对环境产生二次污染的吸附材料,并对材料进行了相关的表征测试,研究其形貌以及结构等特征。在本实验中研究了几个不同的因素(p H、时间和温度)对水中Cr(VI)和Cd(II)的吸附过程的影响,并在此基础上,研究计算了两种材料在吸附过程中的动力学、热力学行为以及符合的吸附等温线模型。同时,通过对两种材料的XPS表征分析探讨了其在吸附过程中可能存在的机理。(1)TGOM的制备及其对废水中Cr(VI)的吸附研究:本研究采用一步水热法成功制备了吸附材料(TGOM)。并通过对材料的表征分析得知,GO和TGOM都表现为片状结构,不同的是TGOM材料表面有颗粒状的物质分布这可以有效减少GO的团聚。TGOM具有较高的比表面积,并且含有较多的官能团,同时还具有良好的热稳定性及较高的磁性等特点,其在吸附过程中通过静电作用、络合反应以及还原反应来达到去除Cr(VI)的目的。在p H为2到10的范围内研究TGOM的吸附行为,结果表明TGOM吸附Cr(VI)的零点电位出现在p Hzpc=5.65处,其最佳吸附p H为2。TGOM在p H=2和温度为298K的条件下对废水中Cr(VI)的最大吸附量为114.81mg/g且其吸附效果优于MGO(Co Fe2O4/GO)。研究了时间和温度对吸附的影响,可知TGOM对Cr(VI)的吸附过程是一个放热过程,并且吸附过程符合拟二级动力学和Langmuir等温线模型。循环实验表明,TGOM还具有良好的循环使用性能(循环四次去除效率还可达到62%)。该实验的结果表明,TGOM可以有效的去除废水中的Cr(VI)。(2)SH-MGO的制备及其对废水中Cd(II)的吸附研究:本研究中利用恒温连续搅拌法制备SH-MGO。XRD等表征分析证明了磁性材料被负载,红外分析证明了SH-MGO表面含有较多的基团(-OH、-COOH、-SH等),同时,材料的热重和磁性分析显示SH-MGO具有较高的热稳定性和磁性。XPS表征分析指出SH-MGO对Cd(II)吸附是通过静电作用和螯合(络合)反应来完成的。吸附实验结果指出,SH-MGO吸附Cd(II)过程最佳p H为5,并且在研究选择性吸附的实验中,相对于Cr(VI)和Cu(II)而言,SH-MGO对Cd(II)的吸附效果为最佳。SH-MGO去除Cd(II)的过程符合拟二级动力学和Freundlich等温线模型,并且反应过程是一个自发的吸热过程。SH-MGO的循环实验结果说明了SH-MGO具有较好的循环使用性能,可以有效的去除废水中的Cd(II)。
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