【摘 要】
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铅是重金属水体污染的一种,毒性强、难降解,可对人体肾脏、肝脏、生殖系统、神经系统造成永久不可逆的严重损害。研发环保、高效的含铅污水处理方法具有重要研究价值。电容去
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铅是重金属水体污染的一种,毒性强、难降解,可对人体肾脏、肝脏、生殖系统、神经系统造成永久不可逆的严重损害。研发环保、高效的含铅污水处理方法具有重要研究价值。电容去离子技术(Capacitive deionization)高效绿色节能、无二次污染且操作条件简单,在重金属水体污染处理方面极具应用前景。电极作为电容去离子技术的重要部分,直接影响铅离子的吸附效果。论文制备了一种新型GO/Mo S2复合电极用于吸附水体铅离子。复合电极材料由氧化石墨烯(GO)与钼酸铵、硫脲通过水热法复合制备。采用透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射光谱(XRD)和比表面积(BET)对电极材料进行表征,循环伏安法(CV)对电化学性能进行测试;采用X射线光电子能谱(XPS)和XRD对电吸附实验后的阴极材料进行表征,从而探讨其吸附机理。结果表明氧化石墨烯片层的引入可以避免Mo S2堆叠,Mo S2的生长具有良好的分散性和交错性;复合后的电极材料比表面积为181.63m2·g-1,孔径为8.86 nm,微孔体积为0.0036 m3·g-1,非常有利于Pb2+吸附。实验确定了复合电极电容去离子吸附铅离子的工艺条件:电压1.2 V,流速25 m L·min-1,p H 5,电极间距2 mm。在铅离子初始浓度2000 mg·L-1时复合电极材料吸附铅离子容量为4614.9 mg·g-1,而相同实验条件下的单体GO和Mo S2电极吸附容量仅有1876.9 mg·g-1和1175.4 mg·g-1。通过改变反应条件对铅吸附容量探究,发现GO、Mo S2材料在质量比1:3复合时吸附效果最好,同时吸附铅离子的容量随着电极电压、溶液初始p H和初始铅离子浓度的增加而增加;吸附容量随着电极间距的增加而减小;循环流速只改变反应到达平衡的时间,对吸附效果没有影响。吸附实验后,对阴极电极材料进行表征,发现阴极上有微量Pb O2和Pb O生成,而CV曲线表明在0~1.2 V电位区间内并无明显氧化还原峰,说明GO/Mo S2对铅离子的吸附由双电层与法拉第赝电容吸附协同作用,且以双电层吸附为主。电极的吸附过程符合准二级动力学方程,和Langmuir吸附等温模型,理论去除能力高达7260 mg·g-1。GO/Mo S2电极应用到电容去离子法去除水体铅离子应用中性能优良,为GO/Mo S2应用到电化学去除水体中重金属离子提供了理论指导。
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