小尺寸纳米氧化镁的制备以及对污染物吸附/降解性能评价

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有机磷农药是极为普遍的有机污染物,它具有神经毒性,严重威胁着人类健康和生态环境。重金属离子是水体或土壤中最常见的污染物之一,对人体具有致癌风险,如何对含磷污染物和重金属离子进行有效吸附和降解是当前环保领域研究的热点之一。纳米氧化镁(MgO)具有丰富的表面活性位点、特定的纳米结构,拥有较好的吸附和降解环境污染物毒素的能力,然而小尺寸和高比表面积纳米氧化镁的制备依然颇具挑战。因此,本文采用不同的方法,并通过优化锻烧温度来制备小尺寸、高比表面积的纳米MgO及其复合物。分别利用X射线衍射(XRD),场发射扫描电子显微镜(SEM),场发射透射电子显微镜(TEM),全自动比表面积与孔隙度分析(BET)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等方法对其形貌、结构和尺寸进行表征。利用紫外光谱(UV-vis)研究了纳米MgO及其复合物对乙基对氧磷吸附降解效果,利用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)研究了纳米MgO对铅离子(Pb2+)和镉离子(Cd2+)的吸附能力,动力学模拟分析。具体实验内容和结果如下:首先由溶胶-凝胶结合水热法获得凝胶态的氢氧化镁(AP-Mg(OH)2)前驱体,经高温锻烧得到不同形貌、尺寸和比表面积的纳米氧化镁(AP-MgO)。经SEM和TEM测试表明,600℃下得到的纳米MgO(AP-MgO-600)平均晶粒尺寸最小,为8.7±3.2 nm,比表面积高达231.4 m~2/g。且利用氯化硝基四氮唑蓝(NBT)探针实验证明,AP-MgO-600表面含有更多的超氧自由基(·O2-)活性位点,在室温下对乙基对氧磷的最大吸附降解量为57.78 mg/g@90min,降解动力学符合准二级模型(R~2>0.99)。重金属吸附实验中,5 mg的AP-MgO-600对20 m L浓度为100mg/L的Pb2+溶液的吸附率在5 min内达到99%以上,且对Cd2+的吸附量为1731.7mg/g@2h。此外,利用微波辅助水热法成功制备了具有小尺寸和高比表面积特性的纳米氧化镁(Mw-MgO)和碳基掺杂氧化镁(MgO@C)纳米复合材料,并研究了MgO@C纳米复合材料的电化学性能和光催化降解性能,其相对于纯MgO的导电性更好,且均对乙基对氧磷和氯化硝基四氮唑蓝具有优异的吸附降解效果。因此,本文所制备的纳米MgO及其复合材料在环境修复领域具有广阔的应用前景。
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