石墨烯耦合零价铁材料的制备及去除土霉素效能研究

来源 :东北石油大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shmilyfanwen
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我国作为抗生素使用及生产第一大国,抗生素污染作为威胁人类健康的潜在杀手,其超标导致污染问题越来越突出,探索土霉素(OTC)污染的去除技术被全球广泛关注。通过根据改进的Hummers法,利用氧化纯化的石墨粉制备氧化石墨烯以及采用化学还原法,使用乙二胺还原氧化石墨烯,制备三维还原氧化石墨烯,并采用一步液相还原法,以石墨烯及三维石墨烯作为载体将纳米零价铁材料耦合于石墨烯上,制备出复合材料G-nZVI,通过SEM、XRD、XPS等技术对G-n ZVI的物理形态及成分组成、Fe0颗粒的分布状态、物质成分及其结构特征进行表征分析,以及通过吸附动力学、吸附等温试验等对材料吸附OTC性能进行研究,最终对复合材料对水体中土霉素的影响因素进行探究。具体研究如下:1.复合材料性能2G-n ZVI、3G-n ZVI材料在制备过程中通过加入表面活性剂十二烷基苯磺酸钠,使得在G-n ZVI材料中铁为Fe0颗粒,粒径1~2nm,并在石墨烯片层表面得到良好分散,比未改性的Fe0颗粒分布更均匀、粒径更加均一且粒径较小、无明显团聚现象,这有助于Fe0颗粒在处理污染物过程中发挥较大的去除效率。2.复合材料对水体中OTC的影响因素废水环境的理化性质(如温度、p H等)会影响材料对OTC的去除效果,其中p H值的影响最大,温度影响较小。其中温度不仅会影响G-n ZVI去除溶液中OTC的初始反应速率,但对去除率也有较大程度的影响;在中性-酸性条件下,随着p H值的减小,初始反应速率越快,去除率越高;在碱性条件会大大降低G-n ZVI对OTC的去除率,不利于降解反应的进行;在进行药剂与污染物量效关系探寻中,发现2G-n ZVI较优的投入添加量为0.4g/L;3G-n ZVI较优的投入量为0.8g/L。3.复合材料对水体中OTC的吸附性能Langmuir模型和准二级动力学模型较好地描述了复合材料对OTC的吸附过程。与单一成分的Go和ZVI材料相比,两种复合材料在吸附OTC方面的能力得到了显着提高(对于2G-n ZVI,当C0=100mg·L-1,p H=3.0,T=298K时,理论最大吸附量为248.475mg·g-1;对于3G-n ZVI,当C0=100mg·L-1,p H=3.0,T=298K时,理论最大吸附量为230.95mg·g-1),在较宽的p H值范围内(p H3.0-7.0)都表现出了良好的吸附性能。通过对材料各性能对比分析,从降解过程的安全性及材料稳定性能的现实性意义来讲,3G-n ZVI材料远优越于2G-n ZVI材料。4.复合材料对土霉素的去除机理通过对比XPS、XRD分析检验G-n ZVI在去除OTC污染物前后图谱,发现在以石墨烯材料作为载体可以抑制纳米零价铁的在进行污染物去处时发生氧化,维持其稳定性;在降解过程中,石墨烯主要进行物理吸附,零价铁可产生羟基自由基,对OTC进行氧化。通过对复合材料与单一的纳米零价铁的XPS及XRD降解前后材料的图谱分析,发现降解过后的复合材料中仍存有大量纳米零价铁,表明复合材料稳定性能更强。
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