铁氧体及金属纳米材料的合成和污水处理性能研究

【摘要】：本文主要研究磁性纳米材料的合成条件，通过改变反应条件控制晶体生长，并且测量其各项性能，并展望了磁性吸附剂在水处理方面的应用前景。主要研究内容以及结果如下： 1.通过简单的水热与溶剂热法分别合成锰铁氧体（MnFe_2O_4）的纳米球和纳米八面体形貌。高锰酸钾（KMnO_4）应用于MnFe_2O_4铁氧体纳米晶的合成的反应物和氧化剂。使用水合肼，控制亚铁离子的氧化率从而限制MnFe_2O_4颗粒大小。通过改变碱度和溶剂形成不同形态MnFe_2O_4纳米晶体。制备的样品在室温都表现出铁磁行为。其中直径50nm的MnFe_2O_4纳米球的饱和磁化强度是79emu/g，是到目前为止报道的最佳值。对其吸附实验中得到的数据为：在60分钟内吸附刚果红，CrVI，PbII分别达到39.3mg/g，7.6mg/g和8.3mg/g。 2.通过溶剂热法合成直径约50nm的具有疏松结构的Fe3O4微球。控制表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）的浓度得到一系列Fe_3O_4形貌。Fe3O4磁性纳米微球的饱和磁化强度高达90.2emu/g。所制备的样品在10分钟内对刚果红溶液显示出较高的吸附效率。对比实验表明粒子的吸附能力与粒子比表面积和其表面带有的离子基团密切相关。粒子表面的正离子基团和污染物负基团之间的静电吸附是表现出强吸附能力的原因。 3.通过简单的室温还原，制备具有链状结构花朵形貌的单质铁（Fe）并且在室温下获得具有相似的三维结构的四氧化三铁（FeFe_2O_4）粒子。由于样品形貌特殊具有较大的比表面积，对样品进行了有机染料，磺胺类药物和废水中重金属离子的吸附实验。磁性样品Fe和FeFe_2O_4在5分钟内吸附率达到98％以上，其中对铬（CrVI）的吸附实验中，铁在5分钟内吸附率达到100％。实现在很短的时间的高吸附性能，这在材料的水处理应用中是一个很大的优势。最后，刚果红吸附的FeFe2O4脱附再生实验表明样品可重复利用，并且再生后，磁性吸附剂仍然可以显示超过97.6％的吸附能力。 【关键词】：铁氧体 铁 形貌控制合成 污水处理性能
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 磁性材料10-17
• 1.1.1 磁性纳米材料的磁学特性10-14
• 1.1.2 制备方法14-17
• 1.2 我国水资源现状以及水污染治理手段17-19
• 1.2.1 水资源概况17-18
• 1.2.2 水处理方法18
• 1.2.3 磁性材料在水处理中的应用18-19
• 1.3 研究内容和创新点19-22
• 1.3.1 研究内容19-20
• 1.3.2 创新之处20-22
• 第2章 实验及表征22-30
• 2.1 实验原料22
• 2.2 样品制备22-25
• 2.2.1 实验仪器22-23
• 2.2.2 反应装置23-24
• 2.2.3 制备过程24-25
• 2.3 水处理实验25-26
• 2.3.1 实验装置25
• 2.3.2 实验过程25-26
• 2.4 样品表征及性能测试26-30
• 2.4.1 X 射线衍射（XRD）26
• 2.4.2 场发射扫描电镜（FESEM）26-27
• 2.4.3 透射电镜分析（TEM）27
• 2.4.4 透射红外分析（FT-IR）27
• 2.4.5 比表面分析（BET）27-28
• 2.4.6 超导量子干涉磁性测量仪（SQUID）28
• 2.4.7 振动样品磁强计(VSM)28
• 2.4.8 紫外/可见光谱（UV/Vis Spectrum）28-29
• 2.4.9 原子吸收光谱（AAS）29-30
• 第3章 MNFE2O4的合成及其吸附性能的研究30-40
• 3.1 概况及相关领域的研究现状30-31
• 3.2 实验部分31
• 3.2.1 样品制备31
• 3.2.2 水处理应用试验31
• 3.3 实验结果和讨论31-38
• 3.3.1 MnFe2O4纳米粒子的表征31-36
• 3.3.2 MnFe2O4纳米粒子的磁性36-37
• 3.3.3 MnFe2O4纳米球的吸附性能测试37-38
• 3.5 本章结论38-40
• 第4章 CTAB 辅助溶剂热法制备 FE3O4纳米粒子及其吸附性能研究40-48
• 4.1 引言40
• 4.2 实验部分40-41
• 4.3 结果与讨论41-47
• 4.3.1 Fe3O4纳米粒子表征41-43
• 4.3.2 Fe3O4粒子的磁性能43-44
• 4.3.3 Fe3O4粒子的吸附性能44-47
• 4.4 本章结论47-48
• 第5章 室温合成链状铁纳米花及其在水处理中应用研究48-60
• 5.1 引言48-49
• 5.2 实验部分49
• 5.2.1 样品制备49
• 5.2.2 吸附实验49
• 5.3 结果与讨论49-59
• 5.3.1 样品表征49-51
• 5.3.2 合成机理分析51-53
• 5.3.3 合成样品磁性能53
• 5.3.4 粒子的吸附性能53-59
• 5.4 本章结论59-60
• 第六章 结论60-62
• 参考文献62-69
• 作者简介69-70
• 攻读学位期间发表的学术论文及科研成果70-71
• 致谢71

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