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有序介孔碳载纳米零价铁复合材料的合成及其对典型有机污染物的协同去除

作　者: 江艳梅
导　师: 李健生
学　校: 南京理工大学
专　业: 环境工程
关键词: 等级孔介孔碳材料 复合材料 纳米零价铁 碳热还原 磁性能 吸附分离
分类号: X50
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


纳米零价铁(NZVI)具有粒径小、反应活性高的特点使其在应用过程中容易出现团聚和被氧化失去活性的两大难题,从而在实际应用中受到限制。为了解决这个难题,提出了采用有序介孔碳材料负载纳米零价铁的研究思路。本文以有序介孔碳材料为载体负载NZVI粒子得到复合材料,利用介孔碳材料的孔道结构限制铁粒子的团聚,提高其分散性,保持其活性。首先以F127为模板剂,酚醛树脂(PF)为碳源,正硅酸乙酯(TEOS)为无机硅源,采用溶剂挥发诱导自组装原理制备出等级孔介孔碳材料,通过控制氧化硅和碳的质量比来调节介孔碳材料的介孔孔径和比表面积。以FeSO4·7H2O为铁源,采用浸渍-煅烧-液相还原的方法制备出NZVI/OMC复合材料,复合材料保持与载体材料一致的介孔结构,NZVI粒径小且分散均匀,同时具有吸附能力强和反应活性高的特点。再以Fe(NO3)3·9H2O为铁源,采用双溶剂浸渍-煅烧-碳热还原法制备出Fe/OMC复合材料,由于复合材料中的铁粒子具有铁磁性,使得复合材料具有良好的磁分离性能。采用XRD、TEM、N2吸附-脱附和热重-差热等手段对材料进行表征,分别以难降解的有机污染物硝基苯和PPCPs中的典型污染物头孢氨苄为目标污染物对NZVI/OMC和Fe/OMC进行应用研究。得到以下结论：1.合成的介孔C-SiO2复合物具有有序的介孔结构,采用HF或氢氧化钠溶液去除氧化硅后得到的等级孔介孔碳材料,材料的比表面积高达1871.01m2/g,且具有双孔结构(1.5和3.46nm)。2. NZVI/OMC复合材料保持有序的介孔结构,复合材料中铁物种以α-Fe0的形态存在且均匀的分散在介孔碳基体上,同时NZVI/OMC复合材料对硝基苯具有良好的去除效果,其去除过程是集吸附和还原为一体的协同去除过程。羟基苯胺和亚硝基苯是硝基苯的中间产物,苯胺是最终产物。溶液中硝基苯的去除率随材料投加量的增加而增高,酸性条件有利于还原反应的进行,溶液初始浓度越高其去除率越低。3. Fe/OMC复合材料的有序度随着载铁量的提高而逐渐降低；800℃下碳热还原可以将Fe3+离子还原为Fe0,并以α-Fe0的形态存在,介孔碳基体上的铁物种粒径为10-50nm。铁粒子具有铁磁性,使得复合材料具有良好的磁分离性能。在25℃下,对头孢氨苄的饱和吸附容量为462mg/g,可以采用准二级速率方程来描述吸附的动力学,Langmuir模型来描述其吸附等温线。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-20
  1.1 引言  10
  1.2 有序介孔碳材料  10-13
    1.2.1 有序介孔碳材料的合成  10-12
    1.2.2 有序介孔碳材料的应用  12-13
  1.3 有序介孔碳复合材料  13-14
    1.3.1 有序介孔碳复合材料的合成  13-14
    1.3.2 有序介孔碳复合材料的应用  14
  1.4 纳米零价铁的应用及研究现状  14-18
    1.4.1 NZVI在环境污染治理中的应用研究进展  15-16
    1.4.2 NZVI在应用中存在的问题及改性  16-17
    1.4.3 纳米零价铁的磁性能  17-18
  1.5 该课题的提出及主要研究内容  18-20
2 等级孔有序介孔碳材料的合成及其应用研究  20-39
  2.1 引言  20-21
  2.2 实验部分  21-24
    2.2.1 所用试剂和仪器  21-22
    2.2.2 有序介孔碳材料的合成  22-23
    2.2.3 有序介孔碳材料的结构表征  23
    2.2.4 NZVI/OMC对NB的去除实验  23-24
  2.3 结果与讨论  24-37
    2.3.1 等级孔有序介孔碳材料的结构表征  24-31
    2.3.2 NZVI/OMC复合材料对硝基苯的去除效果  31-37
  2.4 本章小结  37-39
3 碳热还原负载型有序介孔碳复合材料(Fe/OMC)的合成及应用  39-56
  3.1 引言  39-40
  3.2 实验部分  40-43
    3.2.1 实验试剂及实验仪器  40-41
    3.2.2 磁性Fe/OMC复合材料的合成  41
    3.2.3 磁性Fe/OMC的结构表征  41
    3.2.4 磁性Fe/OMC对头孢氨苄(CFX)的去除实验  41-43
  3.3 结果与讨论  43-55
    3.3.1 磁性Fe/OMC的结构表征  43-48
    3.3.2 磁性Fe/OMC对头孢氨苄的去除效果  48-55
  3.4 本章小结  55-56
4 结论  56-58
致谢  58-59
参考文献  59-67

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 环境污染及其防治 > 一般性问题
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