具有磁、電特性的凹凸棒土納米復合材料的制備與應用.pdf

1、凹凸棒土簡稱凹土(AT)是一種含水富硅酸鹽的纖維狀粘土礦物,其具有特殊的多孔狀結構和表面帶有大量的負電荷,因此具有極好的吸附能力,能夠吸附一些污染物,如重金屬離子和有機染料。然而由于其穩(wěn)定的膠體特性,在吸附污染物后難以對其分離與回收,因而制約了凹土在污水處理中的推廣。
　　目前,磁分離是一種較熱門的分離方法,能夠有效地分離一些來自復雜多相體系的成分。其原理主要是利用磁性納米粒子的超順磁性,在外磁場的作用下實現(xiàn)定位、定向移動,從而能

2、夠達到有效地分離。
　　因此本文采用超聲共沉淀法制備了Fe3O4-AT磁性納米復合材料,并對其結構、性能進行了系統(tǒng)的表征。此外,將其應用于重金屬離子和亞甲基藍染料的吸附。具體地來說,主要開展了以下幾個方面的工作:
　　1.采用超聲共沉淀法在經(jīng)酸活化改性后的凹土表面合成了Fe3O4納米粒子,得到了Fe3O4-AT磁性納米復合材料。經(jīng)紅外光譜(FT-IR),X射線衍射(XRD),場發(fā)射掃描電鏡(FESEM),比表面積(BET)和

3、振動樣品磁強計(VSM)等方法進行表征。結果表明:Fe3O4納米粒子較好地吸附在凹土表面,平均粒徑在10-30nm左右,并且表現(xiàn)出優(yōu)異的吸附性能和較強的磁性。隨著Fe3O4含量的增加,該復合物的比表面積先增大后減小,最大可達到152.9m2/g;比飽和磁化強度(σS)則是隨著Fe3O4含量的增加而增加,從18.34mu/g增加到52.63emu/g。
　　2.將所制備的磁性凹土應用于Ni(Ⅱ)、Cr(Ⅲ)、Zn(Ⅱ)、Ag(Ⅰ)重

4、金屬離子和亞甲基藍染料的吸附,并在外磁場的作用下分離得到清液,分別經(jīng)電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-AES)和紫外可見分光光度計(UV-Vis)表征。研究發(fā)現(xiàn),在四種重金屬離子中磁性凹土對Ni(Ⅱ)的吸附效果最好,移除率大于66％;對亞甲基藍的吸附更為突出,移除率最高可以達到99.93%。將用于吸附過的磁性凹土經(jīng)酸活化后,能夠被多次使用,當4次再生后,該磁性凹土仍具有一定的吸附力,對亞甲基藍的移除率能夠達到31.24%。
　　

5、3.以亞甲基藍作為吸附質,考察了不同因素(磁性凹土質量、吸附時間、亞甲基藍初始濃度等)對磁性凹土吸附性能的影響。結果表明磁性凹土質量減少,亞甲基藍初始濃度增大,溫度升高,其平衡吸附量增加。并研究了磁性凹土與亞甲基藍染料的等溫吸附模型、動力學模型、熱力學參數(shù)。在研究的溫度和濃度范圍內,磁性凹土對亞甲基藍的吸附較好地符合Temkin等溫方程式,吸附動力學均符合準一級動力學方程,并且與Saeid Azizian理論驗證結果一致。在不同溫度下,

6、吸附熱力學參數(shù)焓變值△H°為4.93kJ/mol、熵變值△S°為27.94J/mol·K、自由能變值△G°為負值,說明磁性凹土對亞甲基藍的吸附是一個自發(fā)、吸熱、熵增的過程,因此升高溫度有利于吸附的進行。
　　此外,本論文考慮到納米銀在超導、光電、抗菌、催化等領域具有極大的開發(fā)潛力和應用價值。以AgNO3為前驅物,NaBH4為還原劑,采用液相化學還原法,制備了AT-Ag納米復合材料。并利用場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)、掃描探針