纳米Fe3O4/MnO2@石墨烯的制备与改性及其对Pb(Ⅱ)的吸附研究

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近年来,随着社会和工业的快速发展,水体中重金属污染的问题也日益严重,其中重金属Pb(II)污染已经成为重金属污染中的典型问题。石墨烯材料由于其优异的物理和化学性质而受到许多研究学者的关注。本研究以重金属Pb(II)为目标污染物,通过水热合成法和共沉淀法制备出了磁性纳米Fe3O4@RGO(RGO为氧化还原石墨烯)、纳米MnO2@RGO和纳米Fe3O4/MnO2@RGO三种吸附剂。通过静态吸附实验主要考察了吸附剂投加量、溶液pH、初始浓度、反应温度等因素对石墨烯复合吸附剂吸附Pb(II)效果的影响,利用扫描电镜(SEM),磁强计(VSM),比表面积(BET),X射线衍射(XRD)和X光电子能谱仪(XPS)等表征手段对三种吸附剂材料进行化学结构和微观形态表征分析,并结合吸附等温线和吸附动力学对三种石墨烯复合吸附剂吸附Pb(II)的机理进行初步探究。主要研究结果如下:通过对SEM、VSM、BET、XRD和XPS等性能和结构表征发现,磁性纳米Fe3O4@RGO、纳米MnO2@RGO和纳米Fe3O4/MnO2@RGO三种吸附剂制备的比较成功,符合实验预期的目标。磁性纳米Fe3O4@RGO、纳米MnO2@RGO和纳米Fe3O4/MnO2@RGO三种吸附剂对Pb(II)的静态吸附实验结果表明,随着吸附剂投加量的增加,对溶液中Pb(II)的去除率也随之增加,这三种吸附剂对水溶液中Pb(II)的吸附一个快速吸附的过程。溶液在酸性条件下,对Pb(II)的去除效果始终保持在较低的水平。吸附剂对Pb(II)的吸附效果都是随温度的升高而增加。磁性纳米Fe3O4@RGO、纳米MnO2@RGO和纳米Fe3O4/MnO2@RGO三种吸附剂对Pb(II)的吸附均可用Langmiur等温模型和伪二级动力学方程来描述,吸附为单分子层吸附,三种吸附剂的饱和吸附量分别为60.18、265.15和263.25mg/g,吸附过程是以化学吸附为主。三种制备的吸附剂在经过多次吸附解吸循环后仍然表现出很好的吸附性能,这表明其具有优异的再生价值。综上所述,本实验所制备的磁性纳米Fe3O4@RGO、纳米MnO2@RGO和纳米Fe3O4/MnO2@RGO具有很好的去除效果和良好的实际应用前景。
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