论文部分内容阅读
近些年来，由于社会的迅速发展和松懈的环境监管，水污染日益加剧。染料以及重金属是地表水中的主要污染物，尤其是在工业废水中。其中大部分污染物是致癌、致畸和有毒的。如果工业废水未经处理直接排放，将对生活用水以及生态环境造成巨大的危害。在最近几十年中，已经实施了大量的治污措施，但在这些各种方法中，吸附是一种高效、灵活以及具有成本效益的的去除方法。石墨烯/介孔氧化物材料，因其制备简便，吸附性能高效，无毒性且价格低廉等特点，是当前较具有广阔应用前景的材料之一。本文根据选取不同的介孔材料，设计且制备了一系列的吸附剂材料，并深入研究了其在工业废水方面的处理应用。本论文共包括五个部分： （1）以氧化石墨和正硅酸四乙酯为主要原材料，通过简单的一步水热合成法，合成具有优异吸附性能的石墨烯/介孔二氧化硅（GR/SiO2）材料。该材料不仅具有单体自身的特性，还具有较好的热稳定性和更高的吸附性能。将所制备的材料应用于染料碱性品红（BF）的吸附处理。结果表明：在最佳吸附条件下，即石墨烯/二氧化硅的用量为50mg/mL、反应温度和反应时间分别是60oC和5h，其吸附效率最高可达99％以上。GR/SiO2对碱性品红的吸附符合Pseudo-second-order动力学方程，表明该吸附为化学吸附。吸附行为符合Freundlich等温吸附模型。通过实验所获得的热力学参数，表明整个吸附过程是吸热且自发的。GR/SiO2复合材料在吸附-解吸过程重复三次时，仍具有一定的吸附能力。表明制备的GR/SiO2材料可用于吸附含BF染料废水的处理。 （2）以盐酸四环素（TCH）和灿烂绿（BG）分别作为抗生素和染料材料的处理目标物，设计并制备了可应用于去除抗生素和染料的石墨烯/二氧化钛（GR/TiO2）复合材料。采用FT-IR、X射线衍射仪（XRD）、拉曼光谱、紫外可见漫反射光谱（DRS）、透射电镜（TEM）和扫描电镜（SEM），对GR/TiO2复合材料进行了表征。为了优化复合材料应用于吸附水溶液中的盐酸四环素和灿烂绿的条件，测定了GR/TiO2的用量、温度和时间对TCH和BG溶液的吸附效率的影响。也研究了其吸附动力学Pseudo-second-order方程、Langmuir方程、Freundlich方程以及吸附热力学参数的影响。GR/TiO2复合材料在吸附–解吸重复三次之后仍具有较高的吸附容量。这表明所制备的GR/TiO2复合材料对有含染料和抗生素废水的处理具有一定的应用潜力。 （3）Cr(VI)是非常有害的物质，会引起严重的环境污染。设计并制备了壳聚糖/石墨烯-二氧化钛（CS/GR-TiO2）复合材料，并应用于去除水溶液中Cr(VI)。采用红外光谱、X射线衍射、拉曼光谱、透射电镜、扫描电镜和N2吸附-脱附测量对所制备的样品进行了表征。该复合材料保留了石墨烯的较大比表面积、二氧化钛的介孔结构以及壳聚糖的原始功能，这使得其能够从污水中快速和有效地去除Cr(VI)。实验结果表明，CS/GR-TiO2复合材料的最佳吸附工艺条件为：GR/TiO2对壳聚糖的质量比、CS/GR-TiO2复合材料的用量、反应温度和反应时间分别是6:4、20mg/mL、20oC和3h。动力学数据与Pseudo-second-order模型拟合。热力学研究表明，吸附过程是放热且自发的。因此可以得出，制备的CS/GR-TiO2复合材料对含Cr(VI)的废水处理具有应用潜力。 （4）制备了一种新型且经济环保的石墨烯/凹凸棒土/二氧化钛（GR/Pal/TiO2）复合材料，并通过X-射线衍射、傅里叶变换红外、N2吸附-脱附测量、透射电镜和扫描电镜进行了表征。将GR/Pal/TiO2复合材料用于去除含染料亚甲基蓝（MB）的水溶液，并对吸附的最佳条件进行了研究。结果表明，当GR/Pal/TiO2复合材料的用量、反应温度和反应时间分别为15mg/mL、40oC和1h，吸附效率可达近100%。吸附动力学遵循Pseudo-second-order模型，而吸附等温线符合 Langmuir模型。吸热的热力学研究说明吸附过程是吸热且自发的。与相关报道的不同材料相比，新型的GR/Pal/TiO2复合材料对MB具有很高的吸附能力。结果表明，制备的GR/Pal/TiO2复合材料是去除废水中亚甲基蓝的很有前途的材料。 （5）合成了石墨烯/羧甲基纤维素/二氧化钛（GR/CMC/TiO2）复合材料。制备的GR/CMC/TiO2可作为从水溶液中去除孔雀石绿（MG）染料的吸附剂。通过傅立叶变换红外、X射线衍射、拉曼光谱和扫描电镜分析了所制备的吸附剂的形态特征。也考察了吸附剂用量、吸附温度和接触时间等参数对吸附容量的影响。吸附动力学数据遵循 Pseudo-second-order动力学以及平衡吸附数据更符合Freundlich模型，吸附剂最大吸附容量为66.67mg/g，ΔG值为负表明吸附过程的可行性和自发性。当吸附-解吸过程重复五次时，复合材料仍具有较高的吸附能力。以上结果表明，GR/CMC/TiO2复合材料是一种可吸附含孔雀石绿废水的高性能吸附剂。 本文设计并制备了五类具有优越性能的吸附材料，其制备工艺方便简单、且价格低廉、对染料吸附效果好及回收利用率高，在实际的废水处理领域具有广阔的前景。