纳米结构铁、锰氧化物制备及其在处理废水中应用

论文摘要

本文研究纳米结构铁、锰氧化物制备及其在处理废水中应用。在室温下,以FeCl3和NaOH为原料,通过简单、无需陈化的一步法制备出直径30-100 nm、长为400-700 nm的α-FeOOH纳米棒。并将其在自然光下催化H2O2氧化分解亚甲基蓝染料（MB）。为了作对比,通过在不同温度下焙烧α-FeOOH纳米棒得到α-Fe2O3纳米棒并作催化剂。研究表明α-FeOOH纳米棒的催化性能要优于α-Fe2O3纳米棒,在230min时MB的脱色率达到95.41%。且该三种纳米棒的催化性能优于α-FeOOH粒子。在以α-FeOOH纳米棒为催化剂条件下,分别研究了亚甲基蓝初始浓度、H2O2浓度、催化剂用量对亚甲基蓝脱色率的影响,并进行了动力学研究。动力学研究表明其反应级数约为0.85,反应速率常数为0.095min-1。利用紫外分光光度计（UV-Vis）、傅立叶红外光谱仪（FT-IR）、化学需氧量（COD）、离子色谱（IC）对MB降解的中间产物进行表征,发现MB已经部分被降解成无机离子。以KMnO4和MnSO4为原料、于室温条件下制备了纳米晶须组装成的ε-MnO2纳米球,采用X射线粉末衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）和比表面积（BET法）对样品进行了分析表征。用所制备的纳米结构ε-MnO2为吸附剂,研究其吸附亚甲基蓝染料废水。研究表明,该吸附符合Langmuir等温吸附模型。分别研究了亚甲基蓝初始浓度、H2O2浓度、温度、吸附剂用量、离子强度对吸附亚甲基蓝影响,并用正交设计法获得最佳吸附条件。其中亚甲基蓝初始浓度是影响脱色率的最大因素。并以纳米结构ε-MnO2为催化剂,探索了其在催化氧化苯酚模拟废水中的应用,该催化反应过程条件温和,不用外加氧化剂。用荧光光谱（FL）表征了苯酚的分解过程,结果显示,ε-MnO2对苯酚有很好的分解效果,在80min时苯酚的去除率达到80.4%。荧光光谱分析表明苯酚分解过程中产生了具有荧光性质的中间产物,并通过高效液相色谱（HPLC）对其中间产物进一步验证,提出了苯酚分解的可能路径。动力学研究表明以纳米结构ε-MnO2为催化剂催化分解苯酚的反应级数约为1.64,反应速率常数为0.0075 min-1。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 致谢
• 目录
• 插图清单
• 表格清单
• 第一章 前言
• 1.1 水污染现状
• 1.2 纳米技术及材料在废水处理中的应用
• 1.2.1 纳米过滤技术及纳滤膜在废水处理中的应用
• 1.2.2 纳米吸附材料在废水处理中的应用现状
• 1.2.3 内米催化材料在废水处理中的应用现状
• 1.3 铁氧化物制备及在废水处理中应用
• 1.3.1 铁氧化物在废水处理中的应用
• 1.3.2 纳米结构铁氧化物的制备及其在废水处理中的应用
• 1.4 锰氧化物制备及在废水处理中应用
• 1.4.1 二氧化锰和天然锰矿在废水处理中的应用
• 1.4.2 纳米结构锰氧化物制备及在废水处理中的应用
• 1.5 本课题的提出、选题的目的和意义
• 1.5.1 课题的提出
• 1.5.2 课题的研究内容
• 1.5.3 关键问题
• 第二章 纳米结构铁氧化物的制备及其催化应用
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 化学试剂、实验仪器
• 2.2.2 实验方法和步骤
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 催化剂的表征
• 2.3.2 不同催化剂的吸附性能比较
• 2.3.3 不同催化剂的催化性能比较
• 2.3.4 MB浓度对脱色率影响
• 2.3.5 pH对脱色率影响
• 2O₂浓度对脱色率影响'>2.3.6 H₂O₂浓度对脱色率影响
• 2.3.7 亚甲基蓝催化降解动力学研究
• 2.3.8 UV-vis光谱分析
• 2.3.9 红外光谱分析
• 2.4 结论
• 2的制备与表征'>第三章 纳米结构ε-MnO₂的制备与表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 化学试剂、实验仪器
• 2制备方法'>3.2.2 ε-MnO₂制备方法
• 2表征方法'>3.2.3 ε-MnO₂表征方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 XRD与TEM分析
• 3.3.2 红外光谱分析
• 3.3.3 比表面积测试
• 3.4 结论
• 2吸附处理亚甲基蓝染料废水'>第四章 纳米结构ε-MnO₂吸附处理亚甲基蓝染料废水
• 4.1 引言
• 4.1.1 吸附简介
• 4.1.2 吸附在废水处理中的应用
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 化学试剂、实验仪器及分析方法
• 4.2.2 实验方法和步骤
• 4.3 结果和讨论
• 4.3.1 接触时间的影响
• 2用量的影响'>4.3.2 ε-MnO₂用量的影响
• 4.3.3 pH的影响
• 4.3.4 温度的影响
• 4.3.5 吸附等温线
• 4.3.6 正交试验
• 4.3.7 吸附性能验证
• 4.4 结论
• 2催化分解苯酚'>第五章 纳米结构ε-MnO₂催化分解苯酚
• 5.1 引言
• 5.1.1 含酚废水的来源和水质特征
• 5.1.2 含酚废水的治理方法
• 5.1.3 酚类的分析方法
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 化学试剂、实验仪器
• 5.2.2 实验方法
• 5.2.3 苯酚荧光曲线及工作曲线的测定
• 5.2.4 分析方法
• 5.3 结果与讨论
• 2对苯酚的催化分解'>5.3.1 纳米结构ε-MnO₂对苯酚的催化分解
• 2对苯酚的催化分解机理'>5.3.2 纳米结构ε-MnO₂对苯酚的催化分解机理
• 2对苯酚的催化分解动力学'>5.3.3 纳米结构ε-MnO₂对苯酚的催化分解动力学
• 5.4 结论
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献