【摘要】：金屬氧化物材料在水污染處理方面的應用近年來顯現(xiàn)出尤為重要的發(fā)展前景,而這主要原因在于金屬氧化物材料在水污染處理方面有著其獨特的優(yōu)勢。這些獨特的優(yōu)勢主要表面在以下幾個方面：1)較低的成本——低成本的吸附／光催化劑材料可以有低成本的原料或通過較為簡單的合成方法路線而得到；2)材料具有較高的機械強度,而且材料本身不易溶解在水中,進而對環(huán)境造成二次污染；3)對目標污染物具有較高的吸附容量和快速吸附或催化降解能力。隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展,具有微納米結(jié)構(gòu)的金屬氧化物材料更能體現(xiàn)出上述優(yōu)點。微納米結(jié)構(gòu)金屬氧化物材料的微米尺寸結(jié)構(gòu)可以提供足夠的機械強度,避免了材料被磨損和消耗；而納米結(jié)構(gòu)的特點使得這些材料具有較高的比表面積,并且大大增加材料對重金屬離子或有機微污染物的吸附活性位點；另外,還有一個最重要的特點在于具有納米結(jié)構(gòu)的水處理材料對微污染物具有較快的質(zhì)量傳速過程,實現(xiàn)快速吸附或降解釋放在環(huán)境中的有毒有害的污染物質(zhì)。本論文主要集中在合成具有一定新穎結(jié)構(gòu)的金屬氧化物微納米結(jié)構(gòu)材料,并且進一步研究了其在水處理方面的應用,主要內(nèi)容及創(chuàng)新點如下： 一、通過使用一種簡單有效的方法合成了具有一定新穎結(jié)構(gòu)的蛋形水母狀γ-AlOOH(Boehmite)@SiO2/Fe3O4多孔磁性微納米球材料,這種材料不僅擁有較高的比表面積,還具有大量的孔通道結(jié)構(gòu)。在常溫下,這種材料具有優(yōu)異的磁性特征,這方面的特點為在實際應用中實現(xiàn)簡單、快速回收這種材料提供了很好的條件。結(jié)合材料的本身特點,研究了樣品材料對水污染環(huán)境中二價重金屬Pb(Ⅱ)離子的吸附能力。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),這種材料對二價重金屬Pb(Ⅱ)離子有較高的吸附容量(最大吸附容量為214.59mg g-1)和較高的去除效率(Pb(Ⅱ)的初始濃度低于100mg g-1時去除效率幾乎為100%)。以上述所述極其優(yōu)異的性能表明,在去除水環(huán)境污染物中的重金屬離子方面,這種具有新穎結(jié)構(gòu)的金屬氧化物復合材料可以作為高效、快速分離的吸附劑材料。 二、首次以去離子水為溶劑,偏鋁酸鈉為原料,尿素為沉淀劑,聚丙烯酸鈉為表面活性劑,合成了具有單分散、均一性、花狀微納米分級結(jié)構(gòu)的γ-AIOOH。這種制備方法不僅簡單,而且實驗試劑無毒、生產(chǎn)成本較低。通過研究樣品材料的形成過程,推測了其形成機理是通過自主裝而形成的這種結(jié)構(gòu)形貌的。所得到的樣品材料的比表面積可以達到145.5m2g-1,并且具有較高的孔體積和較大的孔徑尺寸分布。通過研究其對重金屬離子Pb(Ⅱ)和Hg(Ⅱ)的吸附作用,發(fā)現(xiàn)其對這兩種重金屬離子的吸附動力學響應非常迅速,在僅僅5分鐘的時間內(nèi),就可以實現(xiàn)對重金屬離子Pb(Ⅱ)和Hg(Ⅱ)的去除效率達到99%的效果;另外,這種樣品材料對這兩種重金屬離子的最大吸附容量可以分別達到124.22mg g-1和131.23mgg-1。以上這些優(yōu)異的性能可以充分說明所制備的這種樣品材料是水污染處理所需要的理想材料。 三、通過使用一種簡單、綠色以及高效的方法合成了金屬Ag納米顆粒修飾Fe3O4@TiO2磁性微納米球光催化劑材料。這種光催化劑材料具有較高的比表面積、較大的孔尺寸和孔體積,并且在常溫條件下具有優(yōu)異的鐵磁性能。通過控制紫外光照時間,可以得到性能較佳的金屬Ag納米顆粒修飾的Fe3O4@TiO2磁性微納米球光催化劑材料。對去除有機污染物亞甲基藍的研究中,發(fā)現(xiàn)這種光催化劑材料的性能要優(yōu)于商用德固賽P25TiO2光催化劑材料和沒有在Fe3O4@TiO2磁性微納米球表面修飾金屬Ag納米顆粒的光催化劑材料。其主要原因是由于金屬Ag納米顆粒的存在使得光催化劑表面存在Ag-TiO2異質(zhì)結(jié),這種異質(zhì)結(jié)有利于提高光催化劑材料的光催化性能。通過多次使用這種光催化劑材料,發(fā)現(xiàn)其光催化性能依然沒有明顯減弱。這些結(jié)果說明這種具有微納米結(jié)構(gòu)的磁性球在去除水中有機污染物有著很好的使用價值和應用前景。
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：X703;TB383.1

【共引文獻】

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本文編號：2741829