磁性纤蛇纹石纳米管的有机功能化及其对重金属离子的吸附性能研究

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本文制备了巯基功能化磁性纤蛇纹石纳米管,研究了其微观形貌结构及对Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Co(Ⅱ)的吸附性能,并探讨了其吸附机理。扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅立叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、氮气吸附-脱附、光电子能谱(XPS)和磁滞等温线(VSM)表征结果表明,合成的材料的物相为纤蛇纹石,具有纳米尺寸和管状结构,内径为5-15nm,外径为15-50 nm;巯基官能团成功地接枝到了磁性纤蛇纹石纳米管的表面;巯基功能化前后的磁性纤蛇纹石纳米管饱和磁化强度分别为14.14 emu/g和14.08emu/g,说明巯基改性过程没有减小磁性纤蛇纹石纳米管的磁强度,并能通过永久磁铁使其从水溶液中快速分离出来。以巯基功能化磁性纤蛇纹石纳米管为吸附剂,采用静态吸附法研究了其对Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)和Co(II)的吸附性能,考察了振荡时间、pH、吸附剂浓度及温度等因素对巯基功能化磁性纤蛇纹石纳米管的吸附性能的影响。实验结果表明:(1)与拟一级动力学模型相比,巯基功能化磁性纤蛇纹石纳米管对Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Co(Ⅱ)的吸附更符合拟二级动力学模型;(2)巯基功能化磁性纤蛇纹石纳米管对Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)和 Co(Ⅱ)的吸附受pH的影响较大,在低pH时,巯基功能化磁性纤蛇纹石纳米管对重金属离子的吸附率较低,随着pH的增大,去除率逐渐增大直至达到100%;其吸附机理为:低pH时主要是离子交换或外层的表面络合,高pH时主要是表面沉淀。(3)用Langmuir和Freundlich模型对吸附实验数据进行拟合,结果显示Langmuir模型比Freundlich模型更适合Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)和Co(Ⅱ)在巯基功能化磁性纤蛇纹石纳米管上的吸附,且在298 K时,巯基功能化磁性纤蛇纹石纳米管对Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Co(Ⅱ)的吸附通过Langmuir模型拟合得到的最大吸附容量分别为33.98、34.93、13.36mg/g;(4)吸附热力学数据(ΔG0、ΔH0、ΔS0)表明,巯基功能化磁性纤蛇纹石纳米管对Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Co(Ⅱ)的吸附过程为自发的吸热过程:(5)巯基功能化磁性纤蛇纹石纳米管的吸附性能较巯基改性前的材料有明显提高:(6)在三种重金属离子共存的溶液中,巯基功能化磁性纤蛇纹石纳米管对重金属离子Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)和Co(Ⅱ)具有选择吸附性,且吸附选择性大小为Co(Ⅱ)>Cu(Ⅱ)>Cd(Ⅱ);(7)与常用的吸附材料相比,本实验所制备的巯基功能化磁性纤蛇纹石纳米管不仅具有较优异的吸附性能和良好的重复使用性,而且还能通过简便的磁分离过程实现高效的固-液分离。
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