论文部分内容阅读
电子产品更新换代速度快,使电子垃圾成为世界上增长最快的废弃物之一。电子垃圾中含有大量的污染物质,主要包括：重金属(如汞、镉、铅),溴代阻燃剂((PBDEs, TBBPA)以及其它有毒物质。科学有效地控制电子垃圾中毒害物质对环境的污染已经成为国内外研究的热点之一。目前,吸附法和Fenton氧化催化技术由于高效、低成本的特点被广泛用来清除水污染中的污染物。然而,传统的分离方法会导致吸附材料和催化材料的流失。近年来发展起来的磁分离技术通过外加磁场可高效地实现磁性微纳米吸附材料和催化材料的有效回收。磁性碳纳米管复合材料因其具有比表面积高、表面功能团量大、孔结构丰富和化学稳定好等优点而受到人们的广泛关注。通过采用不同的制备方法可控制铁氧化物/碳纳米管复合材料的尺寸、形态、结构以及性能等。本学位论文设计合成形态可控、高吸附性能、高反应活性以及高磁响应性的磁性碳纳米管纳米复合材料,将其作为新型的吸附材料和Fenton催化材料用于电子垃圾中典型污染物(四溴双酚A和铅离子)的高效去除研究,其主要研究内容如下：1.高温分解法制备磁性碳纳米管复合材料及其去除TBBPA和Pb(Ⅱ)研究设计合成了单分散、形态可控呈立方形的Fe304纳米粒子负载的磁性多壁碳纳米管(MWCNTs/Fe3O4)和氨基化磁性多壁碳纳米管纳米复合材料(MWCNTs/Fe304-NH2)。采用透射电镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、元素分析、比表面积分析(BET)、X-射线电子衍射(XPS)以及振动样品磁强计(VSM)对所制备的材料进行了表征：将所制备的磁性碳纳米管复合材料应用于去除电子垃圾污染物TBBPA和Pb(Ⅱ)研究,探讨了两种吸附剂材料吸附TBBPA和Pb(Ⅱ)的动力学和等温吸附模型,吸附机理以及重复使用性能。结果表明,立方形Fe304纳米粒子均匀地负载在MWCNTs表面上,APTS对MWCNTs/Fe3O4的改性是功的,其氨基含量为1.21mmol/g。MWCNTs/Fe3O4和MWCNTs/Fe3O4-NH2纳米复合材料对TBBPA和Pb(Ⅱ)的动力学模型符合准二级动力学,等温吸附模型可用Langmuir, Freundlich和Tempkin进行拟合。采用NaOH溶液可有效地实现MWCNTs/Fe3O4和MWCNTs/Fe3O4-NH2纳米复合材料的再生,并且可在外加磁场下进行快速地分离。所制备的磁性复合材料在去除电子废弃物领域具有广阔的应用前景。2.多醇法制备磁性碳纳米管/CoFe2O4复合材料及去除TBBPA和Pb(Ⅱ)的研究通过多醇法一步合成了CoFe2O4-NH2负载MWCNTs的磁性碳纳米管复合材料(MNPs),并进一步采用壳聚糖对MNPs进行改性,得到壳聚糖化的磁性纳米复合材料(MNPs-CTS).用TEM、XRD、FT-IR、XPS、TGA以及VSM对所制备的材料进行了表征。FT-IR、XPS和TGA表征表明,壳聚糖成功的接枝在MNPs表面上。所制备的材料进行了TBBPA和Pb(Ⅱ)的吸附行为研究。研究发现,MNP和MNPs-CTS磁性复合材料吸附TBBPA和Pb(Ⅱ)的最佳pH值分别为6.3和6.0。TBBPA和Pb(Ⅱ)的吸附动力学都符合准二级动力学模型。MNP和MNPs-CTS对TBBPA的吸附符合Freundlich模型,对Pb(Ⅱ)的吸附符合Langmuir模型。MNP和MNPs-CTS对TBBPA和Pb(Ⅱ)重复吸附和解析实验进一步证实了该材料优异的稳定性能。由此可见,MNPs-CTS磁性复合材料作为一种新型微纳米复合材料有望应用于去除电子垃圾污染物中的TBBPA和Pb(Ⅱ)。3.溶剂热法制备磁性碳纳米管复合材料及构筑非均相Fenton反应降解TBBPA研究通过溶剂热法合成了形态可控、单分散Fe3O4纳米粒子负载的磁性多壁碳纳米管复合材料(MNPs)。通过TEM、XRD、FT-IR、XPS、BET及VSM等表征研究了所制备MNPs磁性纳米复合材料的结构与性能。将MNPs磁性纳米复合材料构筑非均相Fenton反应用于降解TBBPA研究。发现MNPs能够有效催化H202产生活性羟基自由基(·OH)降解TBBPA.研究了初始pH值、H2O2浓度以及催化剂量对MNPs降解活性的影响。结果表明,MNPs对TBBPA呈现出了良好的降解和矿化性能,4h后基本上实现了TBBPA的完全降解。MNPs催化剂在重复使用10次后对TBBPA的清除率仍在90%以上,呈现出优异的稳定性和重复使用性能。采用GC-MS对MNPs构筑的Fenton反应降解TBBPA过程中可能的产物进行了分析,发现脱溴后生成了双酚A等系列产物及其它小分子化合物。由此可见,MNPs磁性纳米复合材料可以作为绿色的非均相Fenton试剂用于环境污染控制领域,并且具有潜在的应用价值。