柿单宁材料的功能化构建及吸附机理研究

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当前,水资源的缺乏已成为全球最受关注的问题之一。然而,在当今社会快速发展的背景下,大自然环境每年都要被迫“接受”大量的废水,这些废水中以金属元素和有机染料污染物最为普遍。这些污染物进入大自然环境中会对人类和其他生物体造成严重的破坏性影响。因此,研究如何有效的去除水体中的金属元素和有机染料势在必行。柿单宁是一种提取自农林废弃物(青柿)的化合物,富含多个酚羟基,因此具有优异吸附性能。在本文中,我们利用不同的方法功能化柿单宁材料得到两种不同的吸附剂,并研究了它们对水体中的Er3+以及有机染料亚甲基蓝(MB)和孔雀石绿(MG)的吸附性能,其主要内容如下:(1)利用氧化石墨烯(GO)将柿单宁(PT)进行功能化,制备了一种吸附剂(PT-GO)。深入探讨了此吸附剂针对水体中的有机染料亚甲基蓝(MB)的吸附性能,并借助SEM、FTIR、XPS和BET等表征方式对吸附剂的微观形貌、含有的基团、元素组成等进行分析。当pH=8,温度323K,MB浓度为35mg/L时,PT-GO对MB染料的最大吸附量达到256.58mg/g。等温实验发现,PT-GO对MB的吸附适合于Freundlich模型,而经过动力学实验发现,PT-GO对MB的吸附适合于伪二级动力学模型。通过计算发现,PT-GO吸附MB的整个吸附过程表现出自发和吸热。MB与PT-GO之间的氧化还原反应,静电相互作用和π-π相互作用决定了吸附剂的吸附性能。此外,循环再生实验表明,在五次循环使用后,PT-GO吸附剂对MB的去除率仍能达到80%以上。(2)以Fe3O4为磁核,柿单宁(PT)和氧化石墨烯(GO)为原材料,通过水热法制备出了一种全新的磁性吸附剂(Fe3O4/PT/GO),并探究了其对废水中的有机染料孔雀石绿(MG)的吸附能力。借助SEM、FTIR、BET、XRD、VSM等表征方式对吸附剂的形态结构、基团组成以及磁化强度等进行了分析;结果显示所制备的Fe3O4/PT/GO吸附剂直径约为50100nm,比表面积为53.83m2/g,且展现出无规则形状的颗粒;另外,此吸附剂的最大磁化强度值为22.2emu/g。在MG的初始浓度为150mg/L且pH=6和环境温度为308K时,Fe3O4/PT/GO对MG的最大吸附能力可达560.58mg/g,非常接近计算值的591.72mg/g。MG被吸附到Fe3O4/PT/GO上的过程能更好的用Langmuir等温公式来描述,而动力学实验结果显示,伪二级动力学模型能更好的拟合实验数据,此外,通过实验数据对热力学进行计算后发现吸附MG的过程是自发和吸热的。(3)为进一步探究Fe3O4/PT/GO对Er3+的吸附能力,本文系统的讨论了不同初始条件下Fe3O4/PT/GO的吸附性能的表现。当pH=4,吸附剂投加量为30mg和温度为323K条件下,吸附剂对Er3+的最大吸附量可达366.67mg/g。我们在进行等温和动力学实验后发现,Fe3O4/PT/GO吸附Er3+的过程可用Langmuir等温模型和伪二级动力学模型来解释。此外,由Fe3O4/PT/GO吸附Er3+的热力学实验结果可知,Er3+的吸附表现为吸热和自发。每次吸附实验后都可以借助外加磁场将Fe3O4/PT/GO吸附剂与溶液轻松的分离开来。因此,Fe3O4/PT/GO是一种能从水溶液中有效去除Er3+的吸附剂。
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