Fe3O4@SiO2-殼聚糖納米復(fù)合材料的制備、表征及對(duì)銅離子的吸附研究.pdf

1、近年來(lái)重金屬污染問(wèn)題日益突出，水環(huán)境中的重金屬殘留濃度持續(xù)升高，具有易積累、毒性大、難降解等特點(diǎn)。微量的重金屬即可構(gòu)成毒害效應(yīng)，通過(guò)沉淀、吸附和食物鏈的放大作用，對(duì)水生生物和人類健康構(gòu)成威脅。傳統(tǒng)的重金屬處理工藝存在成本高、易產(chǎn)生二次污染等問(wèn)題，因而新型磁性納米吸附劑為實(shí)現(xiàn)高效、低成本的水處理提供了新的途徑，有較為廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文采用共沉淀法合成了 Fe3O4納米材料，使用 SiO2對(duì)其進(jìn)行包覆，合成了Fe3O4@SiO

2、2納米材料。以戊二醛為交聯(lián)劑，交聯(lián)殼聚糖(CTS)與Fe3O4@SiO2納米材料，成功制備了Fe3O4@SiO2-CTS納米復(fù)合材料，并對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和外貌表征，研究了其對(duì)水中銅離子的吸附行為。實(shí)驗(yàn)的主要結(jié)論如下：
　　制備合成了Fe3O4、Fe3O4@SiO2和Fe3O4@SiO2-CTS納米復(fù)合材料，采用X射線粉末衍射(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)和傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)對(duì)其進(jìn)行了表征，研究結(jié)果如下：（1）XR

3、D分析表明合成的納米復(fù)合材料結(jié)晶較好，具有反尖晶石型面心立方結(jié)構(gòu)；（2）TEM分析表明Fe3O4@SiO2-CTS納米復(fù)合材料具有較為明顯的核殼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較為松散，尺寸大約在8nm-22 nm之間；（3）FT-IR分析表明SiO2已經(jīng)成功包覆在Fe3O4納米材料的表面，殼聚糖通過(guò)戊二醛的交聯(lián)作用較好地連結(jié)在Fe3O4@SiO2上，合成的Fe3O4@SiO2-CTS納米復(fù)合材料含有大量-OH、-NH2等活性基團(tuán)。
　　以Fe3O4和

4、Fe3O4@SiO2納米材料作為對(duì)照，考察了Fe3O4@SiO2-CTS的投加量、溶液pH值、吸附時(shí)間和溫度對(duì)銅離子吸附性能的影響，并進(jìn)行了吸附動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)分析以及復(fù)合材料的再生回用性能評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明：（1）吸附劑的最佳投加量為12 mg/L；（2）在pH2.0-6.0范圍內(nèi)，吸附劑對(duì)Cu2+的吸附量隨溶液pH的增大而增加，吸附反應(yīng)的最佳pH為6.0；（3）吸附動(dòng)力學(xué)結(jié)果顯示，反應(yīng)在30 min左右達(dá)到吸附平衡；Fe3O4對(duì) Cu

5、2+的吸附過(guò)程符合準(zhǔn)一級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型，F(xiàn)e3O4@SiO2和 Fe3O4@SiO2-CTS對(duì) Cu2+的吸附過(guò)程符合準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型，以化學(xué)吸附為主；（4）吸附等溫線表明，F(xiàn)e3O4對(duì) Cu2+的吸附過(guò)程較為符合 Freundlich模型，F(xiàn)e3O4@SiO2和Fe3O4@SiO2-CTS對(duì)Cu2+的吸附過(guò)程更加符合Langmuir模型，為單分子層吸附；在298 K下，F(xiàn)e3O4@SiO2-CTS對(duì)Cu2+的最大吸附量為154.8