磁性碳纳米复合材料新型吸附剂处理污水重金属技术及进展
生物吸附法处理重金属废水研究进展
研究成果和不足：吸附法在重金属废水处理方面取得了显著的研究成果。首 先，针对不同种类的重金属废水，研究者们发现了多种高效、稳定的吸附剂，如 活性炭、树脂和生物质材料等。其次，通过改性技术，这些吸附剂的性能得到了 显著提升，为实际应用提供了良好的基础。此外，研究者们还研究了吸附剂的再 生和循环使用问题，为降低处理成本提供了有效途径。
生物吸附法处理重金属废水研 究进展
01 摘要
目录
02 引言
03 一、生物吸附法原理
04 二、影响因素
05
三、应用现状及未来 发展趋势
06 参考内容
摘要
本次演示综述了近年来生物吸附法在处理重金属废水领域的研究进展。生物 吸附法利用微生物、植物、藻类等生物体对重金属的吸附作用，实现对废水中重 金属的有效去除。本次演示介绍了生物吸附法的原理、影响因素、应用现状及未 来发展趋势，旨在为相关领域的研究和实践提供参考。
研究现状：在吸附法处理重金属废水的研究中，主要涉及吸附剂的选取和改 性两个方面。目前，常见的吸附剂包括活性炭、树脂、生物质材料等。活性炭具 有高比表面积、发达孔结构和良好的吸附性能，是重金属废水处理中最常用的吸 附剂之一。树脂作为一种高分子聚合物材料，对重金属离子具有较强的吸附能力。 生物质材料则具有来源广泛、可再生等优点，成为研究的新方向。
二、影响因素
1、生物体种类：不同种类的生物体对重金属的吸附能力存在差异。例如， 某些微生物具有较强的吸附能力，而某些植物则对某些重金属具有较高的选择性。 因此，选择合适的生物体是提高生物吸附效果的关键。
2、重金属种类和浓度：不同种类的重金属离子对生物体的吸附能力不同。 一般来说，高浓度的重金属离子对生物体的毒性较大，可能导致生物体死亡或降 低吸附效果。因此，在实际应用中，需要根据废水中重金属的种类和浓度选择合 适的生物体和处理条件。
磁性多壁碳纳米管吸附水中重金属离子的动力学与热力学
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１４ ・ １
天 津城 市建 设 学院 学报 ２ １ 年 第 １ 卷 第 ２ ０２ ８ 期
为证 实磁 性 ＭＷ Ｃ ｓ ＮＴ 的磁 性 ，分别 将少 量原 始 ＭＷＣ ｓ ＮＴ 和磁性 ＭＷＣ ｓ ＮＴ 配制 成黑 色悬 浮液 ． 外 在
加 到 ９ ％以上 ； ｐ 值继 续增 大 ， 吸 附基 本保 持 ５ 若 Ｈ 则 平 衡 ．一般 地 ，ｐ 值 不 仅影 响金 属离 子在 溶 液 中存 Ｈ 在 的类 型 ， 而且 也影 响 吸附剂 官 能团 的离解 和 表 面 电 荷 的性质 Ｉ ．低 ｐ ｌ 引 Ｈ值 下金 属 离子 的去 除率 低 ，原 因 在 于 酸 性 高 的溶 液 中含 丰 富 的 Ｈ ０ ，可 以使 磁 性 ３
重金 属 离子 是 水 体 中一类 对 人 类 健 康 和 生 态 环 境具 有严 重威 胁 的污染 物 ， 已引起 人们 对 它 的广泛 关 注 【 ． 目前 ，去 除水 中重金 属 离子 的方 法 主要 有 沉 ｌ Ｊ 淀 、反 渗透 、离子 交 换 和吸 附法 【 ． 吸 附法 中常 用 ３ Ｊ 的 吸附剂 有 活性 炭 、粉煤灰 、黏土 等 ， 些 吸附剂 或 这 由于吸 附效 果不 甚理 想 ， 由于再 生 困难 等 原 因而限 或 制 了其实 际应 用 ． 因此 ，有必 要 寻找一 种更 有效 的 Ｊ
比表 面积 约 ２０ｍ ． ＮＯ 、ＮＨ４２ ｅ８ ）＂ Ｏ、 ０ ／ Ｈ ３ （ ） （０４２ Ｈ２ ｇ Ｆ ６
ＮＨ４ｅ Ｓ ）・２ Ｏ、氨水 、无 水 乙醇 均 为 分 析纯 ， Ｆ （Ｏ４２ Ｈ２ １
ｔｂｓ 简 称 ＭＷＣ ｓ是一 种具 有空 心管 结构 、高 比 ｕｅ， ＮＴ） 表 面积 的新 型碳 材料 ， 它 的表面 上可 通过 氧化 反应 在 而 引人 多种 活性 基 团 【， 而扩 大ＭＷＣ ｓ的应 用范 ７从 ］ ＮＴ 围． 研究 表 明 ，ＭＷＣ ｓ对 水 中重金 属 离子 、有机 ＮＴ 物、 生物 污染 物 均具有 较 强 的吸 附作用 Ｊ ． ＭＷＣ ｓ ＮＴ
磁性生物炭材料的研究进展
磁性生物炭材料的研究进展＊周银1 张平1,2* 李四坤1 康莉会1 柯霆1 蔡君瀚1 高源伶1 张宏1,2（1.西北民族大学 化工学院 甘肃 7301242.甘肃省高校环境友好复合材料及生物质利用重点实验室 甘肃 730124）摘要：生物炭以其良好的理化性质，作为吸附剂被广泛应用于水污染处理。
将磁性物质负载到生物炭上制备磁性生物炭，赋予生物炭磁响应特性，能有效解决吸附剂回收难、损失大等问题。
磁性生物炭具有含碳量高、比表面积大、可磁分离等优良特性，已成为近年来的研究热点。
对磁性生物炭的制备方法、应用性能等方面进行了综述，并提出磁性生物炭的未来研究方向，以期为磁性生物炭材料的深化研究和应用提供参考。
关键词：生物炭；磁性；性能；复合材料；吸附中图分类号：T 文献标识码：AResearch Progress of Magnetic Biochar MaterialsZhou Yin 1, Zhang Ping 1, 2, Li Sikun 1, Kang Lihui 1, Ke Ting 1, Cai Junhan 1, Gao Yuanling 1, Zhang Hong 1, 2(1. College of Chemical Engineering, Northwest Minzu University, Gansu, 7301242. Key Laboratory for Utility of Environment-Friendly Composite Materials and Biomass in University of Gansu Province,Gansu, 730124)Abstract ：As an adsorbent, biochar has been widely used in water pollution treatment because of its good physical and chemical properties.The magnetic biochar was prepared by combining biochar with magnetic material, and biochar was endowed with the characteristics of magnetic response, which could effectively solve the problems of difficult recovery and easy loss of adsorbent. Magnetic biochar with high carbon content, large specific surface area, magnetic separation and other excellent properties, has become a hot research topic in recent years. The preparation methods and application properties of magnetic biochar were reviewed. The future research directions of magnetic biochar were put forward in order to provide reference for further research and application of magnetic biochar materials.Key words ：biochar ；magnetic ；performance ；composite material ；adsorbent生物炭（biochar）也称生物质炭，一般是指农林废弃物等生物质原料在缺氧或无氧的条件下，经高温热裂解（<700℃）生成稳定的多孔富碳固态物质。
石墨烯在吸附中的应用及发展
石墨烯在吸附中的应用及发展纳米级的碳材料本身就可以担当一种有效的催化剂，在吸附方面有很好的应用潜力，下面是小编搜集整理的一篇探究石墨烯在吸附中的应用发展的论文范文，供大家阅读查看。
1、引言随着世界人口的快速增长和工业化的迅猛发展，环境污染问题引起了人们的广泛关注，特别是水体中有害物质的去除问题至关重要。
目前，国际上常用的污水处理方法有膜分离法[1]、微生物处理法[2]、光催化降解法[3]、吸附法[4]及其它方法。
这些方法在治理和保护水体环境中起到了重要的作用。
其中，吸附法和光催化降解法，由于本身具有低能耗、高效率、方便大规模应用和应用对象广泛等特点[5-6],得到了科学界的广泛关注和研究。
吸附法在污水治理方面具有设备简单、效果显着、不易产生二次污染等优点，经吸附法处理后，水体普遍好转且比较稳定[7].目前，在工业上最常用的活性炭吸附剂,具有非极性表面，为疏水和亲有机物的吸附剂，性能稳定、吸附容量大、解吸容易、抗腐蚀，经过多次循环使用仍可保持原有吸附性能，在污水处理方面有很好的效果，但其成本较高、再生效率低，使该方法的广泛应用受到了限制;活性氧化铝[9],无定形的多孔结构物质，极性强，对水又很高的亲和作用，对含氟废气有很好的净化作用;沸石分子筛[10]一种离子型吸附剂，孔径整齐均一，对不饱和有机物、极性分子有选择吸附能力，但都存在各自的缺点，制约了其在现实生活生产中的应用。
纳米级的碳材料本身就可以担当一种有效的催化剂，在吸附方面有很好的应用潜力[11].自2023年Manches-ter大学的Geim小组[12]首次采用机械剥离法获得单层或薄层的新型二维原子晶体-石墨烯以来，科学界便对石墨烯材料进行了广泛的研究与讨论。
石墨烯具有理想的平面二维结构、良好的电子性质、热学性质、光学性质、机械性质等，使其在纳米电子器件、催化剂、电池、电容器、光电子器件、新型复合材料以及传感材料等方面有着广泛的应用前景[13].石墨烯由碳原子以sp2杂化结构连成的单原子层结构，其理论厚度仅为0.35nm[14],石墨烯的单原子厚度和二维的平面结构赋予了它独特的性能，如巨大的理论比表面积(2630m2/g),使其可用来负载大量的各种分子，具有非常高的吸附容量，这使石墨烯在催化剂的负载方面及污水吸附净化处理方面具有很大的应用潜力;石墨烯具有独特的面吸附特性及吸附特性，对含有芳香苯环的有机污染物具有很高的吸附速度和容量;石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面出现弯曲变形，避免了碳原子的重新排列来适应外力，展现出优良的稳定性[15];这种稳定的晶格结构使其具有优异的导电性，石墨烯的高电子迁移率[16](104S/cm)与导热性[17](5000W/(mK))使其在电化学催化剂与光催化剂方面有重要应用及优越的机械性能、制备过程简单，价格便宜等特点，有助于在实际生活生产中推广及应用[18].基于石墨烯优异的特性，发展石墨烯复合物等衍生物，对污染物具有很好的吸附富集能力，在吸附净化上具有很好的应用前景[19].2、石墨烯在吸附中的应用及发展水污染是目前环境污染的一个重要方面，其污染物种类比较多(如有毒有害难降解的有机物、重金属离子等)严重威胁着生态安全[20].寻找新型绿色环保材料治理水体的问题，以实现水体的净化刻不容缓。
磁性纳米催化剂在光催化去除水中有机污染物的应用研究
磁性纳米催化剂在光催化去除水中有机污染物的应用研究随着工业化的发展和人口增长，水污染已成为全球范围内的严重问题，其中有机污染物的影响尤为严重。
传统的水处理方法往往不能完全去除有机污染物，而光催化技术则成为了一种高效、环保的水处理方法，并且其应用范围也越来越广泛。
磁性纳米催化剂是其中一种新型的材料，具有很好的应用潜力，本文将着重研究其在光催化去除水中有机污染物方面的应用。
一、磁性纳米催化剂的特点及制备方法磁性纳米催化剂是一种具有磁性的纳米级颗粒，其特点是其表面优良的形貌能够以极高的催化效率降解污染物。
磁性纳米催化剂制备方法主要有物理法合成、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法等，其中以溶胶-凝胶法制备的催化剂应用最为广泛。
二、光催化技术的原理光催化技术将光能转化为化学能，其原理是在光催化剂的作用下，光能会激发光催化剂表面电子使其发生反应，形成光致电化学反应，并使水中有机污染物产生氧化或还原等反应，从而达到降解有机污染物的目的。
三、磁性纳米催化剂在光催化去除水中有机污染物的应用磁性纳米催化剂在光催化去除水中有机污染物中应用主要有两个方面：1. 磁性纳米催化剂结合光催化技术能够有效降解有机污染物磁性纳米催化剂的表面具有很好的催化活性，且其磁性能被制备成磁性纳米催化剂后能很好地实现对污染物的分离和回收。
因此，磁性纳米催化剂应用在光催化反应降解有机污染物中能够有效改善传统光催化反应水分离回收问题，而且其结合磁性能使得催化剂具有可回收性，极大地提高了催化剂在光催化反应中的利用效率。
2. 磁性纳米催化剂可应用于光催化反应的可见光区目前传统催化剂在光催化反应中的应用受限于光的波长范围，而磁性纳米催化剂可在可见光区进行光催化反应。
这是因为，磁性纳米催化剂表现出对于光的吸收和反射特性。
其表面的微观形貌可以改变物体对光的吸收和反射特性，使其可以应用在可见光区中的反应。
这样，光催化反应就可以避开紫外线对人体的危害，改善了催化剂在水处理中的应用，同时也降低了催化剂的成本。
磁性纳米Fe3O4吸附材料的制备及在废水处理中的应用
磁性纳米Fe3O4吸附材料的制备及在废水处理中的应用磁性纳米Fe3O4吸附材料的制备及在废水处理中的应用引言：随着工业的发展和人类生活水平的提高，废水排放成为一个严峻的环境问题。
废水中存在着各种有害物质，如重金属离子、有机污染物等，对环境和人体健康都造成了严重的威胁。
因此，研发高效吸附材料用于废水处理成为一项迫切任务。
磁性纳米Fe3O4吸附材料因其优良的吸附性能和易分离特性，在废水处理中得到了广泛的应用。
本文将介绍磁性纳米Fe3O4吸附材料的制备方法和在废水处理中的应用研究进展。
一、磁性纳米Fe3O4吸附材料的制备方法1. 化学共沉淀法：该方法是将Fe2+、Fe3+以适当的摩尔比例加入溶液中，在适当pH条件下加入碱溶液，通过共沉淀反应合成纳米Fe3O4颗粒。
这种方法简单、成本低廉，是制备磁性纳米Fe3O4吸附材料的常用方法。
2. 热分解法：该方法首先将适量的铁酸二铵溶解在溶剂中，然后在氮气保护下，将溶液置于高温下进行热分解，生成纳米Fe3O4粒子。
这种方法所得产物纯度高、粒径均匀，但操作条件较为苛刻。
3. 热反应法：该方法是将适量的FeCl2和FeCl3加入去离子水中，加热反应得到纳米Fe3O4颗粒。
这种方法操作简单、可控性好，且所得产物纳米颗粒分散性好。
二、磁性纳米Fe3O4吸附材料在废水处理中的应用1. 重金属离子吸附：纳米Fe3O4颗粒具有较大的比表面积和丰富的表面活性位点，能够有效吸附废水中的重金属离子。
研究发现，纳米Fe3O4吸附剂对重金属离子的吸附性能受pH、离子浓度、温度等因素的影响。
磁性纳米Fe3O4吸附材料还可以通过外加磁场实现分离和回收，具有较好的循环利用性。
2. 有机污染物吸附：磁性纳米Fe3O4吸附材料对有机污染物也有良好的吸附性能。
有机污染物分子可以通过静电相互作用、氢键等方式与纳米Fe3O4表面发生吸附作用，从而有效去除废水中的有机污染物。
此外，纳米Fe3O4材料还可以通过紫外光催化降解有机污染物，具有较好的降解效果。
城市污水处理过程中重金属的检测方法及处理技术
城市污水处理过程中重金属的检测方法及处理技术Detection Method and Treatment Technology of Heavy Metals inUrban Sewage Treatment璟张（昆明滇池水务环境监测有限公司，昆明650000）ZHANG Jing(Kunming Dianchi Water Environmental Monitoring Co.Ltd.,Kunming 650000,China)【摘要】伴随着我国工业化及城市化进程的推进，城市生产和生活对水的需求量愈来愈大，随之而来的就是大量工业废水以及生活污水的排出，致使城市污水中重金属等有害物质含量越来越多。
而重金属具有非常强的毒性和致癌性，同时，还具有长期性和不可逆转性等特点，并且城市污水处理厂污水中的重金属含量较大，已严重威胁了污水的资源化利用。
因此，对城市污水中的重金属进行有效处理是非常重要的一项任务。
基于此，论文分析了城市污水的现状，探讨了城市污水处理过程中重金属检测的主要方法及处理技术，希望能为相关人员提供参考和借鉴。
【Abstract 】With the gradual development of industrialization and urbanization in China,the demand for water in production and life isincreasing.With the discharge of a large number of industrial wastewater and domestic sewage,more and more harmful substances such as heavy metals in urban sewage are produced.Heavy metals have strong toxicity and carcinogenicity,and also have long-term and irreversible characteristics.Heavymetalsin urban sewagetreatment plantshaveseriouslythreatened theutilization ofsewage resources,so it is veryimportant to effectively treat heavy metals in urban sewage.Based on this,the paper analyzes the status of urban sewage,discusses the main methods andtreatmenttechnologies for testingheavymetalsin thetreatment processof urban sewage,hoping to providereferencefor relevant personnel.【关键词】城市污水处理；重金属；检测方法；处理技术【Keywords 】urban sewagetreatment;heavymetals;detection method;treatmenttechnology 【中图分类号】X143；X703.1；X832【文献标志码】B【文章编号】1007-9467（2021）12-0098-02【DOI 】10.13616/ki.gcjsysj.2021.12.230【作者简介】张璟（1987耀），女，云南曲靖人，工程师，从事水质、污泥重金属检测研究。
磁性纳米复合材料在重金属吸附方面的研究进展
2 有机小分子材料对磁性纳米材料的改性在有机小分子对于磁性纳米颗粒功能化改性方面，常用的有机小分子改性剂有偶联剂和表面活性剂。
例如硅烷偶联剂，(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷和辛基三乙氧基硅烷等都是经常用到的改性剂。
经过有机小分子改性后，磁性纳米颗粒的分散性提高。
另外改性后又引入了—NH 2、—SH 等功能性基团，这些基团的引入使复合材料对废水中的重金属具有特定的选择性。
用有机小分子改性后的吸附材料，其表面富含氨基、巯基、环氧基等活性基团位点，可用于对废水中污染物的特定性识别和富集。
在废水中特定污染物的去除方面，效率会相对较高。
Lin [3]等人采用3-巯丙基三乙氧基硅烷对Fe 3O 4磁性纳米材料进行了改性，利用其与重金属离子的螯合作用，实现了对重金属离子的富集。
3 有机高分子材料对磁性纳米材料的改性用于对磁性纳米材料进行功能化改性的高分子材料包括有天然生物高分子材料和合成高分子材料。
天然高分子材料来源广、成本低，在环境中易降解，不会对环境造成二次污染。
因此，采用天然高分子材料进行改性的研究较多。
所采用的天然有机高分子材料主要有壳聚糖、环糊精和纤维素等。
天然高分子材料改性会在纳米材料表面引入活性基团。
对磁性纳米颗粒的功能化改性主要是通过两种方式。
一是在磁性纳米材料表面直接进行修饰，二是首先引入中间体，然后在中间体的活性位点上进一步修饰天然高分子材料，进而提高磁性纳米材料与天然生物高分子材料的接枝率，提高复合材料的性能。
常用于对磁性纳米颗粒表面改性的主要的合成高分子材料有：聚乙烯醇、聚丙烯胺、多肽聚合物、聚苯乙烯、和聚乙二醇等。
通过合成高分子材料改性后的磁性纳米颗粒表面会存在较多的活性基团，对重金属离子的去除率会明显提高，而且具有一定地选择性。
Wang [4]等利用具螯合能力的氰基胍对天然高分子材料壳聚糖进行表面修饰，使用包埋法将改性后的壳聚糖包覆在磁性0 引言随着社会经济日益发展，环境污染成为重要关注对象。
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第33卷第2期2016年6月上海第二工业大学学报JOURNAL OF SHANGHAI POLYTECHNIC UNIVERSITYV ol.33No.2Jun.2016文章编号:1001-4543(2016)02-0081-07磁性碳纳米复合材料新型吸附剂处理污水重金属技术及进展郭占虎1,闫星如1,关杰2(1.田纳西大学诺克斯维尔分校化学与生物分子工程系,美国田纳西州37996;2.上海第二工业大学环境与材料工程学院,上海201209)摘要:快速工业化导致排放的污水含有越来越多的重金属(铬,镉,汞,钽,铅,和砷)。
其中,Cr(VI)是一种常见的水污染物,具有很强的毒性和移动性。
因此,迫切需要寻求经济、有效和可持续使用的处理Cr(VI)的方法。
磁性碳纳米复合材料(Magnetic Carbon Nanocomposites,MCNCs)有较大的比表面积,可增强重金属去除效率,同时材料的磁性有利于回收纳米材料。
然而,用MCNCs去除污水中重金属的相关技术至今很少有人研究,文中介绍了MCNCs 去除重金属的基本原理,并以两种不同的MCNCs为例,介绍了相关研究的最新进展。
关键词:磁性;纳米复合材料;污水;重金属中图分类号:TB383文献标志码:A0引言随着现代工业的快速发展,地表水的环境问题已经成为国际热点话题。
现代工业排放的污水中所含重金属越来越多,比如铬,镉,汞,钽,铅和砷[1]。
其中,Cr(VI)是一种常见的剧毒污染物,由于其在水溶液中具有较大溶解性,所以具有很强的移动性,对环境和人类生存的影响巨大[2]。
美国环境保护局规定,铬离子在饮用水中的最大限额为100µg/L[3]。
世界卫生组织要求饮用水中铬离子含量最高为50µg/L[3]。
目前开发的、用以解决重金属问题的技术,包括氰化法、化学沉淀、化学还原法、离子交换法和反渗透法[4-8]。
但是,这些方法均存在较为明显的缺陷:氰化法在使用过程中可产生剧毒中间体及其他有机氯化合物,将引起二次污染,导致更多的环境问题;化学沉淀法虽较为简单,但会有大量的沉淀污泥产生,处理低浓度重金属和后续污泥均需增加投入,成本较高[9];离子交换法对于处理含有离子和非离子性的杂质有限制,且操作成本高;反渗透法虽可以有效地降低金属离子浓度,但pH范围和操作成本都限制了其应用。
近期研究发现,采用吸附法具有明显优势,其成本较低并且高效[10-11]。
相比于沉淀法和电化学法,污水中重金属浓度较低时,吸附法可以比较有效地将其除去。
常用的吸附剂有矿物黏土、生物吸附剂和金属氧化物,然而由于表面疏水性和对金属离子结合力较弱,这些吸附剂的去重金属能力并不理想。
近年来,有学者报道碳材料,如活性炭、石墨烯和碳纳米管,具有较好的去重金属离子的能力[12-14],但是这类材料具有低效且不易分离的明显缺陷。
活性炭具有较高比表面积,是净化污水吸附剂中的一种,但是当污染物质量分数低至10−9时,活性炭无法再减少污染物的浓度[15-16]。
同时,是否易于分离也是吸附剂应用的重要指标。
分离碳材料一般采用离心分离法,它要求较高转速,导致应用成本增加。
本课题组的研究工作发现,磁性碳纳米复合材料(Magnetic Carbon Nanocomposites,MCNCs)有较大的比表面积,可增大重金属的去除效率,同时所具有的磁性有利于回收纳米材料。
本文将通过两个相关的研究实例介绍MCNCs 去除污水中重金属的基本原理、性能表征及研究展望。
以期有助于人们对MCNCs去除污水中重金属应用的理解和认识。
收稿日期:2016-03-07通信作者:郭占虎(1973–),男,山西运城人,副教授,博士,主要研究方向为多功能复合材料。
电子邮箱nanomaterials2000@。
基金项目:上海高校特聘教授(东方学者)岗位计划(No.1410000195)、美国自然科学基金(CMMI13-14486)资助82上海第二工业大学学报2016年第33卷1MCNCs 的制备及去除Cr (VI)的基本原理MCNCs 由于其优异的除重金属能力和易于分离的特性,已经越来越受到学界的重视。
制备磁性碳纳米复合材料一般是在碳材料制备过程中引入磁性金属盐(如Fe 等),从而赋予其优异的磁性,还有助于吸附完成之后快速分离[17-18]。
吸附方法可分为物理吸附和化学吸附,本文将用两个实例分别说明。
磁性石墨烯纳米材料通过热分解法一次性制备[19]。
将石墨烯溶于二甲基甲酰胺溶液中在室温下超声30min,然后将Fe(CO)5加入上述溶液中。
混合后的溶液加热至153◦C,并回流4h 。
最后用磁铁收集固体,剩余液体为透明状,说明Fe(CO)5已完全分解。
收集的固体在真空烘箱里干燥24h,然后在氢气/氩气下于500◦C 退火2h 。
图1所示为磁性石墨烯纳米复合材料(Magnetic Graphene Nanocomposites,MGNCs)合成示意图。
在合成过程中,原材料铁转变为铁纳米颗粒附着在石墨烯上。
由于溶液中存在剩余氧气,部分铁颗粒被氧化。
同时,分散在溶液中的十二烷基苯磺酸钠包裹在纳米颗粒表面。
退火处理后,有机物(包括苯和烷基)被去除,留下硫和氧。
在石墨烯和颗粒表面发现有少量的硅,这是由于制备石墨烯的原材料不纯导致的;然而这有利于外壳保护铁核在1mol/L HCl 中的性能。
图2为石墨烯和MGNCs 去除Cr(VI)的基本原理示意图。
获得的双核壳结构的磁性颗粒修饰的石墨烯相比纯石墨烯有较高效的Cr(VI)去除性能,其原因为MGNCs 有较高的表面积,增加了吸附的活性面积。
因此,其可以在5min 内完全去除溶液中的Cr(VI)[19]。
153 °C(a)(b)(c)(d)SDBS Graphene Oxygen Fe@Fe 2O 3 NPs 2O 3@Si SiSFe nanoparticles Fe(CO)5500 °C H 2/Ar (2 h)Core@shellCore@double-shellS O NPsO compound图1MGNCs 合成示意图[19]Fig.1Schematic illustration of the formation of the MGNCs[19]Graphenenanocomposites图2石墨烯和MGNCs 去除Cr (VI)的机理[19]Fig.2Schematic adsorption mechanisms on graphene andMGNCs [19]另一种材料为磁性介孔碳纳米纤维素复合材料,其制备为煅烧过程[11]。
Fe(NO 3)3·9H 2O 和纤维素溶于乙醇中,室温下机械搅拌2h 。
然后放于50◦C 热水浴中将乙醇挥发。
剩余固体置于烘箱内干燥。
最后,在氮气环境中将固体加热到800◦C 后降回室温,样品名记为MC-N 。
同样的步骤可制备Fe 3O 4纳米复合材料,记为MC-O 。
此类材料在酸、中性溶液中去除Cr (VI)的基本原理如图3。
材料表面的铁颗粒可与溶液中Cr (VI)反应生成无毒的Cr (III),从而提高吸附剂的Cr (VI)去除能力。
基本反应方程式如下:Cr 2O 2−7+Fe+H 2O →2Cr3++2Fe 3++14OH −(1)2Cr 3++6OH −→2Cr(OH)3(s),或2Cr 3++6OH −→2CrOOH (s)+2H 2O (2)2Fe 3++6OH −→2Fe(OH)3(s),或2Fe 3++6OH −→2FeOOH (s)+2H 2O (3)在酸性溶液中反应方程式如下:Fe +H +→Fe 2++R(e −aq 和/或H ·)(4)Cr(VI)+R →Cr(III)(5)Cr(VI)+Fe 2+→Cr(III)+Fe 3+(6)H ·→H 2(7)第2期郭占虎,闫星如,关杰:磁性碳纳米复合材料新型吸附剂处理污水重金属技术及进展83H 图3磁性碳材料去除Cr (VI)的机理[11]Fig.3Cr (VI)removal mechanism for the magnetic carbons [11]以上反应式中,R 代表Cr (VI)减少的实际还原剂。
在酸性溶液中,零价铁迅速与质子反应生成还原性的中间产物,然后Cr (VI)与中间产物反应生成Cr (III)。
同时,中间产物被完全反应生成H 2。
最后,通过静电吸引Cr (III)被吸附在磁性碳表面。
2磁性纳米颗粒除铬性能的表征2.1石墨烯和磁性石墨烯纳米材料图4显示了MGNCs 的室温磁滞回线,曲线和底部插图显示了其在酸性溶液中的分散和磁性分离状况。
MGNCs 的饱和磁化强度(M s )为9.5emu/g,对应的磁性纳米颗粒的饱和磁化强度为96.3emu/g,低于铁块的饱和磁化强度(222emu/g)[20],这是由于铁核心周围有大量的氧化原子。
双核壳结构的纳米M r =1.36 emu/g496 Oe1.51.00.51050−5−10−600−20000−1000010000200000M a g n e tMagnetic field/Oe−400−200MGNCsM a g n e t i z a t i o n /(e m u ·g −1)(a)(b)图4MGNCs 的室温磁滞回线[19]Fig.4Room temperature hysteresis loop of the MGNCs [19]颗粒的矫顽磁力为496Oe (1Oe=103/4πA/M),高于纯铁纳米颗粒(矫顽磁力为5.0Oe)。
表明室温下纳米颗粒修饰石墨烯后使其具有了更强的磁性。
观察到的高矫顽磁力是因为增加的间距产生的减弱的粒子间偶极相互作用,以及在铁磁核和反铁磁性氧化铁壳之间的界面交换耦合作用[21]。
另外,剩余磁化强度(M r )为1.36emu/g 。
磁性石墨烯纳米复合材料溶于1mol/L HCl 中无气泡产生,说明外壳能够有效地保护铁核不被氧化。
铁矿物已被证明是可以有效去除污水中有毒物质的吸附剂[22]。
将纯石墨烯和MGNCs 进行比较研究。
图5(a)和(b)为含有1mg/L 的Cr (VI)溶液分别经纯石墨烯和MGNCs 处理5min 之后的结果。
Cr (VI)在溶液中含量通过比色的方法定量,Cr (VI)在540nm 显示紫外特征吸收峰,较高浓度的Cr (VI)溶液因此也有较高强度的紫外吸收峰。
含有1mg/L Cr (VI)的溶液的最高吸收峰值为1.04,这条曲线在减去含有去离子水、磷酸和二苯氨基脲相同体积的碱性溶液在540nm 的吸收峰(峰值为0.12)后可作为标准曲线。
峰的强度随着吸附剂浓度的增加逐渐减小,表明溶液中Cr (VI)的含量减小。