非氧化磁性多壁碳纳米管吸附去除水中莠去津和Cu(Ⅱ)的研究

【摘要】目前，有机物-重金属复合污染非常普遍，是构成环境污染最重要的来源之一。碳纳米管由于具有大的比表面积和丰富的孔隙结构，在去除有机污染物和重金属方面有很好的应用前景，但不易从溶液中分离。然而，考虑到磁分离技术是一种有效的水处理技术，如果将碳纳米管赋予磁性，所形成的磁性碳纳米材料将具备强大的吸附性能和易于分离的双重特性。本课题将多壁碳纳米管的吸附性能与磁性分离技术相结合，制备了一种新型的非氧化磁性多壁碳纳米管复合型吸附剂（MMWCNTs），并将之用于吸附去除水中（超纯水、自来水、江河水）的莠去津和Cu(II)污染物，并通过实验对吸附条件进行了优化。本文的具体研究工作及成果主要包括以下4个部分内容：第1部分为非氧化磁性多壁碳纳米管吸附剂的制备及表征。主要介绍了利用化学共沉淀方法制备吸附剂的过程，以及对吸附剂的表征分析包括扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、热重量分析（TGA）、BET比表面积（SSA）、X射线光电子能谱（XPS）、饱和磁化强度、Zeta电位测定。结果表明：铁氧化物纳米颗粒成功地覆盖在多壁碳纳米管表面，形成了MMWCNTs；铁氧化物在MMWCNTs中的含量约为20%；MMWCNTs的比表面积为138.66m2g-1；MMWCNTs等电点为5.2；MMWCNTs的饱和磁化强度为8.06emug-1，易于磁性分离。第2部分和第3部分分别为非氧化磁性多壁碳纳米管吸附去除水中莠去津和Cu(II)的研究。分别考察了MMWCNTs对莠去津和Cu(II)的吸附动力学、吸附等温线、吸附剂剂量对吸附的影响、初始pH值对吸附的影响，还分别研究了在实际水样（如自来水、江河水）中MMWCNTs对莠去津和Cu(II)的去除效果。此外还分别考察了吸附剂的循环利用性。结果表明：最优的吸附剂剂量为0.2g/L；超声预处理有利于MMWCNTs对莠去津或Cu(II)的吸附；强酸性环境对莠去津和Cu(II)的吸附都有不利的影响；MMWCNTs对莠去津和Cu(II)的吸附都很迅速，而且实验数据都符合拟二级动力学模型；MMWCNTs对莠去津和Cu(II)都具有较强的吸附效果，最大吸附容量分别为40.16mgg-1和38.91mgg-1，Freundlich等温线对莠去津的吸附拟合程度更高，而Langmuir等温线对Cu(II)的吸附拟合程度更高；MMWCNTs适用于实际水体中莠去津和Cu(II)污染物的去除，具有很好的应用前景；MMWCNTs可以通过20%的酸性乙醇（pH3.0）进行有效地再生，具有很好的重复利用性。第4部分为非氧化磁性多壁碳纳米管共同吸附去除水中莠去津和Cu(II)的研究，考察了莠去津和Cu(II)在吸附过程中的相互作用和影响。共同吸附实验分为两部分：一部分是同时吸附莠去津和Cu(II)，另一部分是先后吸附莠去津或Cu(II)。结果表明Cu(II)对莠去津的吸附有抑制作用，MMWCNTs优先吸附Cu(II)。本论文用自行制备的非氧化磁性多壁碳纳米管复合型吸附剂去除水中的莠去津和Cu(II)，对于有机物-重金属复合污染废水处理这一领域将是有益的探索，具有十分重要的理论指导意义和明显的环境和社会效益。
【作者】唐旺旺；
【导师】曾光明；龚继来；
【作者基本信息】湖南大学，环境科学与工程，2013，硕士
【关键词】吸附；多壁碳纳米管；磁性纳米材料；莠去津；Cu(II)；

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