介孔γ-Fe2O3纳米粒子及介孔TiO2/γ-Fe2O3复合粒子的制备及其吸附性能研究

来源 :内蒙古师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:caojunsuper
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当前,大量含有氟离子和有机染料的工业废水释放到环境中,严重危害了人类的健康。吸附法由于其工艺简单、处理量大、成本低,是目前较为理想的废水处理方法。磁性介孔材料,具有较大的比表面积和孔容,并且可轻易地利用外加磁场进行分离回收,可作为一种良好的吸附材料应用到废水处理体系中。本文的内容涉及到介孔γ-Fe2O3纳米粒子和介孔TiO2/γ-Fe2O3复合粒子的制备、表征及其吸附性能的研究,并得到了较好的结果。首先,以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,采用热分解法合成了介孔γ-Fe2O3,并使用X射线衍射(XRD)、磁性测定(VSM)、N2吸附—脱附(BET法)、热重分析(TG)、红外光谱(IR)、透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)等手段对其进行了表征。结果显示,随着模板剂用量的增加,介孔γ-Fe2O3的磁性减小,比表面积增大,平均粒径在20~30nm之间。其次,研究了介孔γ-Fe2O3对氟离子、刚果红和橙黄Ⅱ的吸附性能:(1)介孔γ-Fe2O3对氟离子的吸附速率符合拟二级动力学模型,并且介孔γ-Fe2O3对氟离子的吸附率随其比表面积的增加而增加,表明吸附剂的比表面积大小是影响氟离子吸附容量的最主要因素。当溶液的pH=3时,介孔γ-Fe2O3对氟离子的吸附率最大。介孔γ-Fe2O3的比表面为149.8m3/g时,对氟离子的最大吸附量为9.0mg/g。介孔γ-Fe2O3对氟离子的吸附可用Langmuir等温方程来描述,且吸附剂可多次重复利用。(2)介孔γ-Fe2O3对橙黄Ⅱ的吸附对Freundlich和Langmuir等温方程都表现出较好的拟合度,由Langmuir等温吸附方程计算得极限吸附量为61.7mg/g。当溶液的pH值2.5~8.7时,介孔γ-Fe2O3对橙黄Ⅱ的吸附量由18.0mg/g急剧下降至0.8mg/g,说明其吸附受pH值的影响。(3)介孔γ-Fe2O3对刚果红的极限吸附量为17.2mg/g,其吸附受pH的影响不大。介孔γ-Fe2O3对刚果红的吸附主要以van der Waals力为主。最后,以自制的介孔TiO2和γ-Fe2O3粉体为原料,采用简单易行的固相法合成了介孔TiO2/γ-Fe2O3复合纳米粒子,并研究了介孔TiO2/γ-Fe2O3对刚果红的吸附性能。VSM结果显示,介孔TiO2/γ-Fe2O3的最大饱和磁化强度为22.8emu/g。N2吸附—脱附测试表明,介孔TiO2/γ-Fe2O3的最可几孔径为3.4nm,比表面积为86.3m2/g,是介孔TiO2比表面积的1/2。介孔TiO2/γ-Fe2O3对刚果红的吸附速率符合拟二级动力学模型,其最大吸附量为126.6mg/g。刚果红溶液pH值从2.5增加到9.8时,吸附率从99.98%减少到3.4%,说明其吸附受溶液pH值的影响较大。
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