功能化磁性核-殼結(jié)構(gòu)Fe3O4@SiO2納米顆粒吸附劑制備及對水中污染物去除性能研究.pdf

1、本研究立足于水體中污染物的去除和資源的回收，分別制備了具有核/殼結(jié)構(gòu)的功能化納米顆粒吸附劑用于水體中磷和抗生素的去除和再利用。
　　首先，本研究用共沉淀法制備了形狀均勻，粒徑相近的磁鐵礦納米顆粒，并用表面包被的方法將SiO2和水合金屬氧化鑭和水合氧化鋁包被在了磁鐵礦納米顆粒的表面制備了具備核/殼結(jié)構(gòu)的納米顆粒吸附劑Fe-Si-La和Fe-Si-Al。根據(jù)XRD圖像，本實驗制備的磁鐵礦具有良好的晶型。TEM圖像清晰地顯示了Fe-Si

2、-La和Fe-Si-Al的核/殼結(jié)構(gòu)，即核為具有賦予吸附劑磁性的納米顆粒磁鐵礦，殼為帶有吸附位點(diǎn)的水和金屬氧化物。Fe-Si-La和Fe-Si-Al的飽和磁化強(qiáng)度分別為51.27emu/g和56.00emu/g,可以完全保證材料在磁場下成功分離；Fe-Si-La和Fe-Si-Al的比表面積分別為47.73m2/g和47.21m2/g。
　　然后，在探究Fe-Si-La和Fe-Si-Al的除磷方面性能方面，本研究重點(diǎn)探究了不同影響因

3、素對其除磷性能的影響和解吸再生的性能。Fe-Si-La和Fe-Si-Al在25℃下的等溫吸附數(shù)據(jù)相比Freundlich吸附模型更擬合與Langmuir吸附模型，Langmuir吸附模型下的最大吸附量分別為27.78mgP/g(R2=0.995)和12.90mgP/g(R2=0.995)。兩種材料均能夠快速高效的去除水中低濃度的磷污染,準(zhǔn)二級模型可以良好的描述吸附動力學(xué)過程(R2=0.999)。pH的變化對兩種材料對磷的去除性能影響顯著

4、，隨著pH從2到12，磷去除率呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，F(xiàn)e-Si-La和Fe-Si-Al的最適使用pH分別為5-12和5-9。在酸性條件下磷率降低的主要原因為表面水合金屬氧化物的溶出，在堿性條件下造成磷去除率降低的主要原因為吸附質(zhì)和吸附劑表面位點(diǎn)的絡(luò)合反應(yīng)受到抑制和氫氧根離子的競爭作用。在不同的共存離子存在的條件下，不同的共存離子對Fe-Si-La磷吸附造成抑制作用順序由強(qiáng)到弱為：腐殖酸根>HCO3-≈SO42->NO3-≈Cl-,對F

5、e-Si-Al磷吸附造成抑制作用的順序由強(qiáng)到弱為HCO3->腐殖酸根>SO42->NO3-≈Cl-。離子強(qiáng)度在0.001mol/L到1mol/L范圍內(nèi)的變化對Fe-Si-La及Fe-Si-Al磷吸附性能沒有顯著影響。Fe-Si-La和Fe-Si-Al在實際污水處理中最佳投量分別為0.2kg/ton和1.25kg/ton。使用HCl可以成功的對吸附劑已吸附的磷進(jìn)行再生，在五循環(huán)的吸附-解吸-再生實驗中，兩種材料均可以保持穩(wěn)定，高水平的吸附

6、劑解吸效果。
　　最后，本研究利用表面包被和金屬離子嫁接的方法制備出了兩種磁鐵礦納米顆粒吸附劑Fe-A-Ag和Fe-A-Al用于水中土霉素的去除,并探討了土霉素初始濃度和接觸時間對其土霉素去除性能的影響程度。Fe-A-Ag和Fe-A-Al對土霉素的最大吸附量分別是未嫁接金屬離子的Fe-A的最大吸附量的33.66倍和4.91倍。Fe-A-Al可以在1小時內(nèi)去除初始濃度為5mg/L的土霉素溶液中近35%的土霉素；Fe-A-Al在初始濃