【摘要】：納米科學(xué)作為一門新興學(xué)科,已經(jīng)引起了越來越多的關(guān)注。納米科學(xué)作為二十一世紀前沿科學(xué),正在引領(lǐng)著各個學(xué)科,特別是交叉學(xué)科的發(fā)展。納米技術(shù)在環(huán)境科學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用,特別是為環(huán)境科學(xué)提供了新的材料、工藝和技術(shù)保障。例如,納米技術(shù)可應(yīng)用于水體中污染物的檢測、原水的處理、自來水的深度凈化、污水處理以及再生回水的生產(chǎn)等等。與傳統(tǒng)的環(huán)境檢測及水處理方法相比,納米技術(shù)及處理工藝占地小,人力和能源消耗少,具有常規(guī)方法無法比擬的優(yōu)勢。納米技術(shù)應(yīng)用在污染物監(jiān)測和水處理中已經(jīng)顯示出其巨大的優(yōu)越性和潛在應(yīng)用價值。本論文工作的主要內(nèi)容包括新型納米復(fù)合材料的設(shè)計與合成；新型納米材料應(yīng)用于污染物檢測和水處理的效果；以及相關(guān)過程的反應(yīng)動力學(xué)及機理的探討。 1.可水分散的磁性石墨烯-水滑石(MG-LDH)納米復(fù)合材料對水中砷酸鹽的吸附去除研究 砷是一種有毒的元素,可以引起直接的和間接的健康問題如癌癥和黑變病。作為一個普遍的問題,處理被砷污染的廢水已經(jīng)引起了越來越多的關(guān)注。我們通過大量的實驗篩選,設(shè)計合成了一種磁性石墨烯-水滑石(MG-LDH)納米復(fù)合材料應(yīng)用于水中砷酸鹽的吸附去除。實驗證明MG-LDH納米復(fù)合材料相對于純的水滑石(LDH),對砷酸鹽具有更高的吸附能力。該納米復(fù)合材料很容易在水中分散,并且可以通過外加磁場進行回收分離,從而大大提高了其使用效率。一方面,磁性石墨烯(MG)的摻入,極大的增加了該復(fù)合材料的比表面積,從而為吸附砷酸鹽提供更多的活性位點。另一方面,引入物理和化學(xué)上都很穩(wěn)定的石墨烯材料還可以提高該復(fù)合材料的機械強度。MG-LDH皂夠快速、高效的從溶液中吸附砷酸鹽,說明該材料可以作為潛在的能夠從大量污染水中預(yù)富集砷酸鹽的新型材料。 2.氯離子插層的水滑石(LDH-Cl)片狀納米材料應(yīng)用于實驗室污水及實際污染地下水的處理及機理研究。 砷污染地下水主要由自然過程和人類活動造成,在阿根廷、中國、智利、匈牙利、墨西哥以及最近發(fā)現(xiàn)在印度的孟加拉邦,孟加拉國和越南等地都發(fā)現(xiàn)了被砷污染的地下水。世界衛(wèi)生組織WHO以及美國環(huán)境保護組織EPA已經(jīng)修改了飲用水中砷含量的標準值從50到10ug/L。因此,為了達到新的飲用水標準,發(fā)展新的技術(shù)和材料已經(jīng)迫在眉睫。本課題選取砷為目標污染物進行研究,從實驗室含砷廢水處理開始,逐步篩選出合適的納米材料或者納米復(fù)合體系進行研究,最后應(yīng)用于實際的砷污染地下水的處理。最后我們篩選出了氯離子插層的Mg/Al水滑石應(yīng)用于含砷和有機腐殖質(zhì)(NOM)的實際污染地下水的處理。結(jié)果表明,該材料能同時去除被污染地下水中的砷和有機雜質(zhì),并達到國家飲用水標準。我們通過XRD, FTIR, XPS, SEM, TEM和EXAFS等表征手段,研究了該材料吸附的各個過程,為其進一步的商業(yè)化應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。 3.基于生物質(zhì)的碳薄膜負載Au納米顆粒作為高效的表面增強拉曼基底應(yīng)用于水中有機污染物的檢測 表面增強拉曼散射(SERS)技術(shù)的應(yīng)用,為廉價高效的污染物檢測提供了新的手段和方法。設(shè)計和合成廉價高效的SERS基底,對于SERS技術(shù)的應(yīng)用具有重要的實際意義。我們使用了一種廉價的生物質(zhì)薄膜(雞蛋殼膜)作為初始原料,設(shè)計合成了一種多孔碳膜支撐金納米顆粒(NPs)的復(fù)合薄膜材料,并研究了其作為表面增強拉曼散射(SERS)基底的性能。該材料作為新型的SERS基底,對羅丹明6G(R6G)的檢測具有很好的靈敏度,最低檢測限能達到1×10-9M。該檢測方法對R6G主要的拉曼信號峰具有較好的重現(xiàn)性,峰強度具有較小的相對標準偏差(RSD=16.3%)。良好的SERS信號的獲得,是由于薄膜上密集堆積的金納米顆粒之間的強電子磁場耦合作用。而且該合成方法不使用任何的表面活性劑,從而避免了表面活性劑對信號的干擾。研究結(jié)果展示了一種綠色、廉價高效的方法制備超靈敏的SERS基板,并且顯示出其在實際污染物的檢測中具有的巨大潛力。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1;X703;X832
【圖文】：

相沉積金屬銀，制備出具有周期性結(jié)構(gòu)的SERS基底（如圖1.4所示）。這種長釘狀的周期性SERS基底對于R6G拉曼信號具有很大的提高。曜S脰賍~

本文編號：2766208