Fe3O4磁性复合材料的制备及其对印染废水的吸附光催化研究

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随着材料科学的快速发展,磁性复合材料因其易于制备、无毒且具有良好的生物相容性和超顺磁性,被广泛应用于药物载体、核磁共振成像、疾病靶向治疗以及样品的分离提纯等方面,也是目前研究最为深入的材料之一。磁性复合材料是通过物理化学方法合成的具有各组分特殊性质且具有协同效应的一类复合材料,在许多交叉学科中应用范围更加广泛。本文采用不同的方法制备出了Fe3O4/VER/EAPTs、Fe3O4/SA/AC、Fe3O4/VER/TiO2等具有特殊结构的磁性复合材料,并且研究了磁性材料对模拟印染废水的吸附和光催化性能,以此解决在吸附光催化降解印染废水过程中的主要问题:(1)吸附剂和光催化剂难回收,经济成本高;(2)吸附剂和光催化的效率低,选择性差。本论文的主要研究内容如下:1.采用水热法制备出Fe3O4/VER复合材料,通过聚合法和水解法用EAPTs对Fe3O4/VER表面进行功能化,成功制备出了Fe3O4/VER/EAPTs复合材料;运用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外变换光谱(FT-IR)、透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)以及样品振动磁强计(VSM)等对样品的结构、形貌、成分和磁性能等进行了表征和分析,表征结果显示Fe3O4/VER/EAPTs复合材料的比表面积为19.05m2/g,并且具有比较好的磁响应特性,饱和磁化强度28.9 emu/g,具有良好的可回收性能。探究了复合材料对四种重金属(Cu、Zn、Cr、Hg)的吸附最佳的吸附条件,实验表明:最佳条件为pH=5,时间为180 min,温度为298 K,且对Cu、Zn、Cr和Hg的最大吸附量分别为1.775 mg/g、1.895 mg/g、2.980 mg/g和15.685 mg/g,对Hg的最大吸附量表明Fe3O4/VER/EAPTs复合吸附剂对汞具有高度吸附选择性。Fe3O4/VER/EAPTs复合吸附剂对四种重金属的吸附复合Langmuir吸附等温模型和准二级动力学模型。2.采用共沉淀法制备了Fe3O4纳米颗粒,采用共混和交联聚合的方法,成功制备了SA/AC、Fe3O4/SA、Fe3O4/SA/AC复合材料,并且通过XRD、VSM、TG等对材料进行了表征。吸附实验表明Fe3O4/SA/AC2(AC的加入量为0.2 g对溶液中亚甲基蓝的吸附能力最强,其吸附性能主要受到染料的初始浓度、温度、吸附时间、pH值的影响,确立了最佳的吸附条件,此吸附过程符合Langmuir吸附等温模型和准二级动力学模型。Fe3O4/SA/AC具有较强的饱和磁化强度,吸附完成后在外加磁场的作用下回收,易再生。3.采用水热法制备出Fe3O4/VER复合材料,在此基础上采用溶胶/凝胶法制备Fe3O4/VER/TiO2复合光催化材料,450oC煅烧2 h后获得均一分散性好的Fe3O4/VER/TiO2复合材料。通过TEM、BET、VSM等测试分析表明,Fe3O4/VER/TiO2具有比较好的比表面积(80.50 m2/g)和饱和磁强度(4.62 emu/g)。光催化实验表明:在紫外光照射下,Fe3O4/VER/TiO2光催化降解亚甲基蓝(MB)和甲基橙(MO)的光催化效率制备的TiO2复合光催化剂对MB和MO的光催化效率分别为60%和57%,循环5次以后的效率分别为53%和46%。本论文通过磁性复合材料的制备及其对印染废水的吸附光催化研究,表明磁性复合材料良好的吸附光催化性能,可回收重复性;此外本研究为后续磁性复合材料在实际印染废水处理中提供了一定的理论参考。
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