多孔纳米金属氧化物与镍铝水滑石的制备及吸附性能研究

摘要

多孔纳米材料在环境领域有独特应用优势，本文通过对纳米材料的形貌控制技术，优化材料的多孔结构与表面特性，水热制备出交联多孔纳米氧化铁、多孔纳米氧化镁以及花簇状镍铝水滑石，研究了它们对水中污染物（对硝基苯酚和刚果红染料）的增强吸附性能。
　　 首先，用水热法制备出纳米氧化铁材料，经甘氨酸调节后的纳米氧化铁从无规则球状转变为交联多孔网状结构。孔径分布为:小介孔(20 nm)和大介孔(30-40 nm)。当甘氨酸投加量为0.356 mol·L-1时，其比表面积达到72.7 m2·g-1，其饱和吸附量达到101.5 m2·g-1。准二级反应模型能更好描述其吸附动力学过程，颗粒内扩散模型表明吸附过程由表面吸附和颗粒内扩散联合作用;吸附等温线符合Langmuir模型;热力学数据说明该吸附过程是自发性物理吸热过程。再生性吸附实验表明该纳米氧化铁材料具有良好的吸附稳定性。
　　 然后，以碳酸铵作为沉淀剂，水热法制备出形貌各异的纳米氧化镁材料。随着碳酸铵的加入量不同，纳米氧化镁材料从类球状依次转变为花生状、椭圆状和枫叶状。该材料有明显的分等级多孔特征:小介孔(ca.18-22 nm)、大介孔(ca.40-50 nm)以及少量大孔。静态吸附实验表明，纳米氧化镁材料对刚果红的吸附动力学过程符合准二级动力学方程，Langmuir模型能更好地解释吸附等温线。碳酸铵加入量为0.77 mol·L-1时所制备的枫叶状纳米氧化镁样品对刚果红的吸附效果最好，其饱和吸附量达到507.6 mg·g-1，对刚果红和苯酚的选择性吸附研究表明该纳米氧化镁材料优先吸附刚果红分子。
　　 最后，用一步水热法制各了镍铝水滑石材料。经柠檬酸钠调节后，镍铝水滑石从六边形纳米片转变为花簇状;镍铝水滑石的层间距增加了0.73 nm，推测出柠檬酸根离子是以单层垂直方式排列在镍铝水滑石层间;孔径往小介孔方向偏移。通过静态吸附对硝基苯酚实验得出，经柠檬酸钠调节后的镍铝水滑石材料对对硝基苯酚的吸附速率加快，吸附动力学过程符合准二级动力学方程，吸附等温线符合Langmuir模型。当柠檬酸钠添加量为0.128 mol·L-1时，所制备的镍铝水滑石材料的比表面积为108.7 m2·g-1，其对对硝基苯酚的吸附效果最好，饱和吸附量达到100 mg·g-1。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 水体中对硝基苯酚的研究进展

1．1．1 对硝基苯酚的性质及其危害

1．1．2 对硝基苯酚废水的处理技术

1．2 水体中染料废水的处理研究进展

1．2．1 水体中染料废水的来源与危害

1．2．2 染料废水的主要处理方法

1．3 金属氧化物纳米材料的概述

1．3．1 金属氧化物纳米材料的制备方法

1．3．2 金属氧化物纳米材料的应用

1．4 水滑石材料的概述

1．4．1 水滑石的性能

1．4．2 水滑石的制备方法

1．4．3 水滑石在环境领域的应用

1．5 论文的研究目的与意义

1．6 论文的主要研究内容

第二章 交联多孔网状α-Fe2O3的制备及对水中对硝基苯酚的吸附研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂和仪器

2．2．2 样品的制备

2．3 吸附试验

2．3．1 吸附动力学

2．3．2 吸附等温线

2．3．3 吸附热力学

2．4 结果与讨论

2．4．1 样品表征

2．4．2 形成机理

2．4．3 吸附动力学研究

2．4．4 吸附等温线研究

2．4．5 吸附热力学研究

2．4．6 pH对吸附性能的影响

2．4．7 Fe2O3样品的再生吸附性

2．5 本章小结

第三章 多孔纳米金属氧化镁的制备及其吸附性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂和仪器

3．2．2 样品的制备

3．3 吸附实验

3．3．1 吸附动力学

3．3．2 吸附等温线测定

3．4 结果与讨论

3．4．1 样品表征

3．4．2 吸附动力学研究

3．4．3 吸附等温线研究

3．4．4 pH对吸附性能的影响

3．4．5 氧化镁样品的选择性吸附研究

3．5 本章小结

第四章 花簇状镍铝水滑石的制备及其吸附性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分制备

4．2．1 实验试剂和仪器

4．2．2 样品的制备

4．3 吸附实验

4．3．1 吸附速率

4．3．2 吸附等温线

4．4 实验结果与讨论

4．4．1 样品表征

4．4．2 吸附速率分析

4．4．3 吸附等温线研究

4．5 本章小结

第五章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间公开发表的学术论文