硅酸镁微/钠结构材料的制备及其对重金属与有机污染物去除的研究

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微/纳结构材料是由纳米结构单元(纳米片、纳米管等)组成的微米尺度材料,兼具纳米材料的高比表面积、高表面活性以及微米材料的抗团聚、易分离等优点,近年来受到了人们的广泛关注。其中,硅酸镁因其独特的结构、丰富的物理化学性质和环境友好的特征,在水污染治理方面具有广泛的应用前景。本论文结合水污染的治理需求,围绕着水环境的痕量重金属离子和有机污染物的治理进行了系统的研究。通过发展便捷、环境友好的方法合成微/纳结构硅酸镁空心球以及磁性芯壳微/纳结构硅酸镁球,利用微/纳结构的特征,发挥硅酸镁在环境治理中的纳米效应。论文取得的主要成果如下:  1、采用化学模板水热法合成微/纳结构硅酸镁空心球,合成的硅酸镁空心球表面具有大量的纳米片单元,尺寸大小比较均匀,空心球的直径约为700nm,并对其生长过程进行详细的分析;研究其在不同实验条件下对重金属(pb2+、Cd2+、Cu2+、Ni2+)的吸附行为,结果表明,微/纳结构硅酸镁空心球对重金属具有较强的吸附能力(pb2+、Cd2+的饱和吸附量分别为322.6mg/g,175.5mg/g)以及较快的吸附速率(2h可以达到吸附平衡),其对重金属的吸附过程是一个自发的吸热过程。  2、通过微波辅助的水热法,以微/纳结构Fe3O4@SiO2球作为化学模板在160℃加热30min条件下制备了磁性芯壳微/纳结构硅酸镁球,产物的表面是由大量的纳米片单元组成,产物的直径为0.8~1μm;研究其在不同条件下对重金属(pb2+、Cu2+)的吸附行为,实验结果表明,磁性芯壳微/纳结构硅酸镁球对重金属具有较强的吸附能力以及易分离和循环再生的性能;吸附的过程是一个单分子层化学吸附的过程,且温度越高越有利于吸附的进行;在混合离子体系(pb2+/Cu2+/Cd2+)竞争吸附过程中对Cu2+离子具有相当好的选择性,且主要吸附机制是离子交换过程以及静电相互作用。  3、通过化学模板诱导的水热法合成磁性芯壳微/纳结构硅酸镁球,产物的表面是由大量的纳米片单元组成,产物的直径为0.8~1μm;这种材料具有明显的分级结构以及较大的比表面积;研究其对有机污染物亚甲基蓝的吸附性能,对亚甲基蓝的最大吸附量为261.2mg/g,其吸附过程是通过亚甲基蓝和磁性芯壳微/纳结构硅酸镁球表面带负电荷基团(Si-O-)的静电作用完成的,吸附过程是一个自发吸热的物理吸附过程。
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