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本论文研制了几种以磁性分离技术为基础纳米复合材料,并较为系统地研究了它们对若干典型持久性有毒环境污染物的吸附和降解行为,考察了影响磁性材料吸附行为的部分环境因素,以及它们的化学稳定性。
用微乳液合成法制备了包覆聚苯乙烯的磁性纳米颗粒,该材料不仅具有良好的吸附能力,还具备优良的磁分离特性。对四种有机氯农药和三种苯酚等污染物表现出良好的吸附效果和较高的去除效率,且它们的吸附行为都遵循Pseudo二级动力学模型。在污染物浓度较低时(ng/mL),材料表现出较高的去除效率(≥95%)。典型环境因素离子强度和腐植酸浓度等对吸附效果的影响可以忽略不计。
在碱性条件下用廉价的和环境友好的铁盐及腐植酸,共沉淀制备了包覆腐植酸的Fe3O4磁性纳米颗粒(Fe3O4@HA),研究了其对水体中有毒重金属离子(Hg(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)等)的吸附行为。材料中HA的质量比为~11%,且主要由含O和N基团的腐植酸碎片组成。该材料在水体中以团聚体形式存在,水合半径~140nm,饱和磁化强度为79.6 emu/g。四种重金属离子的吸附行为符合Langmuir吸附模型,饱和吸附量在46.3-97.7 mg/g之间。该材料在自来水、天然水体、和0.1 M HCl到2 M NaOH范围内的酸碱性溶液中均能稳定存在。中性条件下,可去除天然水体和自来水中高达99%的Hg(Ⅱ)和Pb(Ⅱ),以及超过95%的Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)。被吸附重金属的再释放可以忽略不计。
用水解方式合成了超顺磁Fe3O4-TiO2纳米颗粒(Fe3O4@TiO2)。该材料为团聚体,比表面积(117.82m2/g)是Fe3O4纳米颗粒的2倍,ζ-电位约为6.5,对无机砷的吸附符合Pseudo二级吸附动力学方程,对三价砷的吸附速率(3.24×10-5μgg-1min-1)快于五价砷(2.56×10-6μgg-1min-1),但吸附效率后者较高。和大多数除砷材料一样,环境因素如溶液pH值和竞争离子(PO43-等)影响严重。在溶液的平衡浓度为5mg/g时,As(Ⅲ)和As(V)的饱和吸附量都约9.0mg/g。
以磁性聚吡咯为载体,利用离子交换-还原的方法制备了负载纳米金。负载的金约为材料总质量的5%(w/w),聚吡咯微球表面纳米金粒径5-6nm,且分布均匀。该材料对1,3,5-三溴苯、五氯苯、六氯苯和偶氮染料都有很好的还原降解效果。在以硼氢化钾为氢源的体系中,3min内三溴苯和六氯苯的降解效率即可达90%,五氯苯需15min。聚吡咯微球对卤代苯的吸附行为有利于降解速率的提高。材料具有良好的化学稳定性,重复利用6次后催化效率无明显变化。材料在8min内还可降解超过95%的甲基橙(50 ppm)。