高纯水钠锰矿型锰氧化物的制备及其氧化降解罗丹明B的应用研究

摘要

锰氧化物以其储量丰富、价格低廉以及环境友好而被广泛研究并应用。尤其是水钠锰矿型锰氧化物，由于其层状结构而使其具有独特的物理化学性质。水钠锰矿具有较大比表面积、较低的零点电荷以及较高阳离子交换量等特点，也被认为是氧化能力最强的锰氧化物。
　　难降解染料的大量使用已严重影响到人类自身的生存与发展，传统的处理技术比如物理吸附无法从根本上消除染料，一些高级氧化法如光催化氧化降解受到催化剂材料以及光源的影响较大。基于以上，我们希望制备高纯的水钠锰矿应用到染料废水的降解中，以期解决上述实际问题，为此，我们做了以下工作:
　　第一部分工作:我们选用简易的空气氧化法在碱性条件下，以MnSO4为锰源，NaOH为碱源，以EDTA-2Na为络合剂制备高纯水钠锰矿。探究了对产物种类及微观形貌的影响因素，并确定了制备高纯水钠锰矿的最佳条件:选择EDTA-2Na为络合剂;EDTA-2Na的量与锰源的化学计量比为1∶1;氢氧化钠的浓度为0.6 mol/L;氢氧化钠的滴加速度为3 mL/min。在最佳实验条件下，制备了由二维纳米片构成的三维微米花型高纯水钠锰矿，并推测了水钠锰矿可能的形成机理。这里我们首次通过络合剂EDTA-2Na的引入，利用空气氧化法制备了高纯水钠锰矿。
　　第二部分工作:利用第一部分工作最佳条件下制备的水钠锰矿进行染料罗丹明B（RhB）的降解实验。实验结果表明，影响水钠锰矿对RhB的降解效率的最重要因素为水钠锰矿的用量、RhB溶液的浓度以及降解体系的pH。在不添加任何氧化剂如过氧化氢、过硫酸盐，也不借助任何辅助手段如超声、微波的条件下，仅在酸性(pH=1)条件下10 mg水钠锰矿能在10 min内实现对50 mL10 mg/L的RhB的完全降解，其回收重复降解实验进行到第4次时仍具有很高的降解效率，均在95％以上。同时我们也对降解机理进行了探究，我们得出结论，酸性条件下水钠锰矿对RhB的降解为氧化还原降解机理。
　　第三部分工作:在前两章中我们着重介绍钠型水钠锰矿的制备及其在降解有机染料方面的应用。而掺杂其他碱金属离子的水钠锰矿如锂型水钠锰矿和钾型水钠锰矿的降解性能如何，以及产生降解性能的差别的原因也是我们所关心的。我们制备了掺杂不同碱金属离子的水钠锰矿:Li-Bir、Na-Bir和K-Bir。通过系统的表征建立了与其降解性能的关系，并得出结论，碱金属离子的大小是影响其降解效率的主要因素:碱金属离子的大小影响水钠锰矿层间距，对其晶格结构产生影响，晶格缺陷的大小进而进一步影响其降解效率。其次是产物比表面积的大小，也对产物的降解性能具有一定影响。
　　总之，我们探究了高纯水钠锰矿的制备以及其氧化性能，同时比较了含不同碱金属离子的水钠锰矿的性能研究。该制备方法原料廉价易得，制备过程简单、省时省力，对罗丹明B降解条件简易、效果显著，在工业上大规模应用于有机染料的处理上具有巨大潜力。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 锰氧化物简介

1．2 水钠锰矿

1．2．1 水钠锰矿的简介

1．2．2 水钠锰矿的应用

1．2．3 水钠锰矿的制备

1．3 有机染料

1．3．1 我国水资源状况简介

1．3．2 有机染料简介

1．3．3 染料废水的处理技术

1．4 本论文研究内容及创新之处

第2章 高纯微米花型水钠锰矿的制备与表征

2．1 引言

2．1 实验部分

2．1．1 原料试剂及仪器

2．1．2 水钠锰矿的制备

2．1．3 水钠锰矿的表征

2．2 结果与分析

2．2．1 络合剂种类的影响

2．2．2 络合剂EDTA-2Na的量对产物的影响

2．2．3 NaOH的浓度对产物的影响

2．2．4 NaOH的滴加速度对产物的影响

2．3 其他表征结果

2．3．1 红外表征

2．3．2 热重表征

2．3．3 比表面积

2．4 微米花型水钠锰矿的形成机理

2．5 小结

第3章 水钠锰矿对有机染料罗丹明B的降解研究

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料

3．2．2 实验仪器

3．2．3 RhB的降解

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 RhB的浓度对降解效率的影响

3．3．2 体系pH对降解效率的影响

3．3．3 水钠锰矿的用量对降解效率的影响

3．4 降解机理的研究

3．4．1 有无光照的影响

3．4．2 自由基捕获剂的影响

3．4．3 空气中氧气的影响

3．4．4 样品中锰元素价态的变化

3．4．5 溶液中Mn2+含量的变化

3．5 水钠锰矿的回收重复利用

3．6 小结

第4章 不同碱金属离子掺杂水钠锰矿降解RhB性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验药品

4．2．2 实验仪器

4．2．3 掺杂不同碱金属离子的水钠锰矿的制备

4．3 产物的表征

4．4 实验结果与讨论

4．3．1 X射线粉末衍射

4．3．2 傅里叶红外光谱

4．3．3 热重分析

4．3．4 比表面积及孔径分布

4．3．5 场发射扫描电子显微镜

4．3．6 水钠锰矿的锰氧化度测定(AOS)

4．4 不同碱金属水钠锰降解RhB实验

4．5 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学士论文目录

致谢