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随着人们对重金属污染造成的危害的重视,吸附法因其原材料来源广泛、见效速度快等特点被广泛地应用到重金属污染治理中。传统的吸附材料主要依赖于物理吸附,而重金属离子因其具有离子半径小和累积效应明显等特征,从而使得传统吸附剂用于重金属离子的去除具有很大的局限性,尤其是其无法快速有效去除水体中低浓度的重金属离子。针对这一问题,使得开发比表面积大、具有多活性位点或活性吸附基团的新型高效纳米吸附剂成为环境修复领域的重要课题。在当前发展的众多新型纳米吸附剂中,层状纳米材料因其结构的典型性,使其成为研究热点之一。其中,表面具有极性基团和多活性位点的层状纳米氮化硼作为代表性的层状纳米材料,其在理论上具有优异的吸附性能的同时,还具有化学稳定性,因此有望应用于重金属离子的治理中。基于此,本论文探讨了二维多孔BN-550纳米片和多孔BNNR纳米带的制备工艺,并分别研究了其对Pb2+、Cd2+和Cu2+的吸附性能和机制,具体主要研究内容如下:(1)通过低温合成方法开发了新型的二维氮化硼纳米片(BN-550),用于快速有效地吸附铅离子(Pb2+)。表征结果表明它具有较大的比表面积(696 m2/g),超薄片层结构(厚度1.2 nm),丰富的化学键作为活性吸附位点。对于铅离子的吸附容量较高(845 mg/g),较短的平衡时间(15分钟)。BN-550的对Pb2+的去除过程属于伪二阶(化学吸附为主)和Langmuir模型(表面单层吸附为主)。通过再生和pH值实验验证了BN-550的易再循环性和稳定性。在Ni2+,Cu2+和Cd2+离子等其他重金属离子的干扰下,吸附剂对Pb2+具有很强的亲和力(它们在单独溶液中被吸附的容量分别为201,402和312 mg/g)。XPS和FT-IR分析表明吸附剂对Pb2+具有优异的吸附性能归因于与众多表面官能团的化学结合反应,如强B-O-Pb相互作用和-NH2-Pb配位。当过滤柱中为50 mg/L的Pb2+时,BN-550纳米片对Pb2+去除阈值为1080 mL/g。这些优异的独特的性能使超薄纳米片BN-550成为去除Pb2+的高性价比选择。(2)新型多孔氮化硼纳米带(BNNR)被成功开发为优异的吸附剂,可快速去除水中的镉和铜离子。得到的BNNR具有大的比表面积和小的平均孔隙率(分别为866 m2/g和2.1 nm),单个纳米带的宽度约为660 nm。吸附剂对Cd2+和Cu2+离子的最大吸附容量分别约为530 mg/g(Co=600 mg/L,pH=6,剂量为1g/L)和331 mg/g(C0= 500mg/L,pH=5,剂量为1g/L)。此外,BNNRs具有分别在10分钟和20分钟内快速吸附Cd2+和Cu2+并达到吸附平衡的能力。干扰和再生实验表明,BNNR具有优异的抗干扰和再生性能,在pH值为3-8的水溶液下,BNNR能够稳定的去除Cd2+和Cu2+。XPS和FTIR分析表明,吸附的可能机理是通过表面化学键如B-O键螯合和-NH2配位,以吸引金属离子。在镉离子(1mg/L)和铜离子(10 mg/L)模拟真实水样下,BNNR(剂量为1 g/L)分别在10分钟和1分钟内对Cd2+和Cu2+的吸附后,能使水样快速达到WHO标准。因此,我们所制备的BNNR纳米带是水净化应用的潜在候选者。