多孔氮化硼负载金属氧化物纳米颗粒复合材料的合成及其在污水处理中的应用研究

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我国是一个淡水资源匮乏的国家,日趋严重的水资源污染问题进一步加剧了水资源短缺的矛盾,而且还严重威胁着生态环境和人类健康。因此,污水处理问题刻不容缓。多孔氮化硼(p-BN)具有极大的比表面积、丰富的孔道结构以及良好的稳定性等特点,非常适合作为吸附剂应用于污水处理领域。然而,p-BN的表面疏水性结构、微米尺度的颗粒粒径以及高的禁带宽度又限制了其在污水处理过程中的分散、回收和光催化性能。为了解决上述问题,本论文选择具有高比表面积和发达孔道结构的p-BN材料作为基底,通过负载Fe3O4磁性纳米颗粒和TiO2半导体纳米晶体,制备了具有亲水性表面的p-BN基复合材料,并研究了其对水体中重金属离子和抗生素的吸附、降解性能以及循环利用率。本论文主要研究内容如下:(1)采用溶剂热法在p-BN表面原位生长Fe3O4磁性纳米颗粒,制备了p-BN@Fe3O4纳米复合材料。结构表征结果表明,平均粒径为7 nm的Fe3O4纳米颗粒均匀且致密的负载在p-BN的表面,并表现出超顺磁性。随后探索了p-BN@Fe3O4纳米复合材料对水体中重金属离子Pb(II)的吸附性能,结果表明,在Pb(II)的初始浓度为180 mg/L、溶液pH为5.5的条件下,对Pb(II)的最大吸附量高达249.5 mg/g。此外p-BN@Fe3O4纳米复合材料的超顺磁性也使其在低磁场下能够实现快速分离回收。因此,p-BN@Fe3O4纳米复合材料在处理污水中重金属离子方面具有很大的潜力。(2)采用溶剂热法成功地将TiO2半导体纳米晶体与p-BN复合,制备了一种结晶度高、亲水性能良好并且对水体中喹诺酮类抗生素具有较强催化降解性能的p-BN@TiO2复合材料。我们研究了反应体系中H2O2的加入量对TiO2纳米晶体形貌的影响。随后对p-BN@TiO2复合材料光催化降解抗生素性能及循环利用率进行了研究,结果表明,在300 W氙灯下照射120 min后,该复合材料对氧氟沙星和诺氟沙星的降解率分别达100%和76%。经4次循环后,去除率仍分别在92%和73%以上。因此,p-BN@TiO2复合材料是一种具有较高实际应用价值的光催化剂。
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