化學(xué)專業(yè)畢業(yè)論文磁性Fe3O4負(fù)載含N、O類吸附劑對(duì)Ni(II)和Cd(II)的吸附性能

1、學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 題目：磁性fe3o4負(fù)載含n、o類吸附劑對(duì)ni(ii)和cd(ii)的吸附性能姓名院系化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院專業(yè)高分子材料與工程年級(jí)2010學(xué)號(hào)20102413027指導(dǎo)教師2014年6月3日獨(dú) 創(chuàng) 聲 明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名: 二一四年六月三日畢業(yè)論文使用授權(quán)聲明本人完全了解魯東大學(xué)關(guān)于收集

2、、保存、使用畢業(yè)論文的規(guī)定。本人愿意按照學(xué)校要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版，同意學(xué)校保存學(xué)位論文的印刷本和電子版，或采用影印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；同意學(xué)校在不以營(yíng)利為目的的前提下，建立目錄檢索與閱覽服務(wù)系統(tǒng)，公布論文的部分或全部?jī)?nèi)容，允許他人依法合理使用。（保密論文在解密后遵守此規(guī)定）論文作者（簽名）： 二一四年六月三日 畢業(yè)論文開題報(bào)告姓名王婷性別女學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院年級(jí)2010學(xué)號(hào)20102413027題 目磁性fe3o4負(fù)載含n、o類吸附劑對(duì)ni(ii)和cd(ii)的吸附性能課題來源教師推薦課題類別基礎(chǔ)研究選題意義（包括科學(xué)意義和應(yīng)用前景，研究概況，水平和發(fā)展趨勢(shì)，列出

3、主要參考文獻(xiàn)目錄）：1. 隨著工業(yè)的發(fā)展，廢水大量的排放，土壤和水源中重金屬離子污染日益嚴(yán)重。其中ni2+和cd2+是造成廢水污染的重金屬離子。重金屬離子污染嚴(yán)重威脅到人類健康和生物生存。因此，治理重金屬離子污染也成為人們愈加重視的一大課題。2. 在磁性fe3o4表面負(fù)載上官能團(tuán)，作為一種重金屬離子吸附劑，具有表面功能基多、比表面積大、與溶劑快速分離等特點(diǎn)。磁性fe3o4負(fù)載含n、o類吸附劑可以作為一種新型的重金屬離子捕捉劑。本文研究了這種新型吸附劑對(duì)ni2+和cd2+的吸附性能。研究主要內(nèi)容和預(yù)期結(jié)果（說明具體研究?jī)?nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題，預(yù)期結(jié)果和形式，如在理論上解決哪些問題及其價(jià)值，或應(yīng)用

4、的可能性及效果）：1. 綜述磁性納米材料的性質(zhì)，研究意義以及吸附基本知識(shí)。2. 測(cè)定磁性fe3o4負(fù)載含n、o類吸附劑對(duì)多種金屬離子的靜態(tài)吸附及對(duì)ni2+和cd2+離子吸附的ph值影響、等溫吸附、吸附動(dòng)力學(xué)及混合離子的吸附性能。3. 分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以bt對(duì)t作圖對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合辨別吸附機(jī)理屬于液膜擴(kuò)散還是粒內(nèi)擴(kuò)散控制，采用擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程和擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程對(duì)所得動(dòng)力學(xué)吸附數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。采用langmuir模型、freundich模型及dudinin-radushkevich (d-r) 模型等溫吸附數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，從而得出正確的吸附模型。4. 預(yù)期磁性fe3o4負(fù)載含n、o類吸附劑

5、經(jīng)過試驗(yàn)研究可以應(yīng)用于廢水中ni2+和cd2+的吸附。擬采取的研究方法和技術(shù)路線（包括理論分析、計(jì)算，實(shí)驗(yàn)方法和步驟及其可行性論證，可能遇到的問題和解決方法，以及研究的進(jìn)度與計(jì)劃）：1 實(shí)驗(yàn)過程：研究磁性fe3o4負(fù)載含n、o類吸附劑對(duì)多種金屬離子的靜態(tài)吸附及對(duì)ni2+和cd2+ 離子吸附的ph影響、等溫吸附、吸附動(dòng)力學(xué)。 2.通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理分析得出吸附劑對(duì)ni2+和cd2+的吸附量較好；等溫吸附均符合langmuir吸附等溫式，磁性fe3o4負(fù)載含n、o類吸附劑對(duì)ni2+和cd2+的動(dòng)力學(xué)吸附過程均可用擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程來描述，為液膜擴(kuò)散控制過程3.得出結(jié)論，撰寫畢業(yè)論文。指導(dǎo)教師意見（對(duì)

6、論文選題的意義、應(yīng)用性、可行性、進(jìn)度與計(jì)劃等內(nèi)容進(jìn)行評(píng)價(jià)，填寫審核結(jié)果：同意開題、修改后再開題、不同意開題）：該生通過查閱資料對(duì)以磁性fe3o4為載體的吸附劑及其應(yīng)用基本情況有了一定的了解，確定了實(shí)驗(yàn)方案，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)原料和設(shè)備。重金屬離子污染嚴(yán)重威脅到人類健康和生物生存，該生熟悉了吸附領(lǐng)域的吸附方法、吸附材料等。比較深入的了解了磁性fe3o4負(fù)載型吸附材料的性質(zhì)以及目前的研究現(xiàn)狀。其所設(shè)計(jì)方案符合實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)實(shí)條件切實(shí)可行，研究?jī)?nèi)容豐富，立意新穎，預(yù)計(jì)目標(biāo)產(chǎn)物對(duì)金屬離子具有良好的吸附作用。實(shí)驗(yàn)過程循序漸進(jìn)條理清晰，同意開題。 簽名： 2014 年2月25日院（系）畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）領(lǐng)導(dǎo)小組意見：具備

7、開題條件，同意開題。 （簽章） 2014年2月28日畢業(yè)論文結(jié)題報(bào)告姓名王婷性別女學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院年級(jí)2010學(xué)號(hào)20102413027論文題目磁性fe3o4負(fù)載含n、o類吸附劑對(duì)ni(ii)和cd(ii)的吸附性能課題來源教師推薦課題類別基礎(chǔ)研究本課題完成情況介紹（包括研究過程、實(shí)驗(yàn)過程、結(jié)果分析、存在的問題及應(yīng)用情況等。）研究過程：通過查閱資料對(duì)以磁性fe3o4為載體的吸附劑及其應(yīng)用基本情況有了一定的了解，確定了實(shí)驗(yàn)方案，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)原料和設(shè)備。實(shí)驗(yàn)過程：本文首先考察了磁性fe3o4負(fù)載含n、o類吸附劑對(duì)多種金屬離子的靜態(tài)吸附性能，再考察ph值對(duì)吸附劑吸附ni2+和cd2+的影響。在確定

8、ph值后，對(duì)吸附ni2+和cd2+的等溫吸附和動(dòng)力學(xué)吸附作進(jìn)一步的考察，最后對(duì)混合離子的吸附性能進(jìn)行研究。結(jié)果分析：通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理分析得出吸附劑對(duì)ni2+和cd2+的吸附量較好；等溫吸附均符合langmuir吸附等溫式，三種吸附劑對(duì)ni2+和cd2+ 的動(dòng)力學(xué)吸附過程均可用擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程來描述，為液膜擴(kuò)散控制過程。應(yīng)用情況：吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，磁性fe3o4負(fù)載含n、o類吸附劑對(duì)ni2+和cd2+具有有較好的吸附性能，具有一定應(yīng)用前景。指導(dǎo)教師意見：該生在本文中，首先考察了磁性fe3o4負(fù)載含n、o類吸附劑對(duì)多種金屬離子的靜態(tài)吸附性能，再考察ph值對(duì)吸附劑吸附ni2+和cd2+的影響。在確

9、定ph值后，對(duì)吸附 ni2+和cd2+的等溫吸附和動(dòng)力學(xué)吸附作進(jìn)一步的考察。在實(shí)驗(yàn)過程中，思路清晰，態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)，敢于創(chuàng)新，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)充分可靠。論文綜述條理清楚，層次清晰，結(jié)果與討論部分分析歸納比較合理，具有一定的深度。同時(shí)具有良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，能夠和同學(xué)進(jìn)行探討共同學(xué)習(xí)鉆研。論文數(shù)據(jù)詳實(shí)，分析合理，結(jié)果可靠達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，具有一定的創(chuàng)新性。經(jīng)審閱，該論文是一篇較好的學(xué)士學(xué)位論文，同意結(jié)題。 簽名： 2014年5 月26日院畢業(yè)論文領(lǐng)導(dǎo)小組意見：該生查閱資料充分，實(shí)驗(yàn)認(rèn)真，工作努力，具備結(jié)題條件，同意結(jié)題。 （公章） 2014年 5 月28日（簽章） 年 月 日指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)畢業(yè)論文成績(jī)?cè)u(píng)定表學(xué)院

10、： 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 學(xué)號(hào)：20102413027姓 名王婷總成績(jī)題 目磁性fe3o4負(fù)載含n、o類吸附劑對(duì)ni(ii)和cd(ii)的吸附性能評(píng)閱人評(píng)語(yǔ) 該論文對(duì)于重金屬處理方法和吸附材料種類進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，同時(shí)對(duì)其研究的磁性fe3o4納米材料性能及應(yīng)用領(lǐng)域作了較深刻的講解。引言部分對(duì)該領(lǐng)域進(jìn)行了綜述，書寫言簡(jiǎn)意賅，細(xì)致地閱讀了大量與此研究相關(guān)的中英文文獻(xiàn)，書寫規(guī)范，思路清晰。論文實(shí)驗(yàn)內(nèi)容飽滿，研究的方向較新穎。本論文研究了磁性fe3o4負(fù)載含n、o類吸附劑對(duì)ni2+、cd2+的吸附性能，考察了溶液ph值、溫度、時(shí)間等因素對(duì)吸附性能的影響，得到了詳實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠認(rèn)真思考。其

11、測(cè)試數(shù)據(jù)真實(shí)，對(duì)于結(jié)果的分析合理。論文撰寫格式規(guī)范，論述充分。經(jīng)審閱，該論文是一篇較好的學(xué)士學(xué)位論文。評(píng)定成績(jī)： 簽名： 2014年5月30日答辯小組評(píng)語(yǔ)該論文對(duì)其所研究領(lǐng)域做了詳細(xì)的闡述，對(duì)磁性fe3o4納米材料的性能及應(yīng)用領(lǐng)域、磁性fe3o4負(fù)載吸附材料的性能有較深的認(rèn)識(shí)，并對(duì)其發(fā)展方向和前景有較為獨(dú)到的想法。對(duì)于重金屬處理方法和吸附材料種類也進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。研究的課題內(nèi)容新穎，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，對(duì)重金屬吸附具有很好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。該同學(xué)能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)比較流利、清晰地闡述磁性fe3o4負(fù)載含n、o類吸附劑對(duì)ni2+、cd2+的吸附性能研究的主要內(nèi)容，圖表分析準(zhǔn)確，講解完整清楚，能恰當(dāng)回答

12、與論文有關(guān)的問題。實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)合理，工作量較大，取得了有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。經(jīng)答辯委員會(huì)評(píng)議，該論文是一篇較好的學(xué)士學(xué)位論文。答辯成績(jī)： 組長(zhǎng)簽名： 2014年6月3日注：總成績(jī)=指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)（50%）+評(píng)閱人評(píng)定成績(jī)（20%）+答辯成績(jī)（30%），將總成績(jī)由百分制轉(zhuǎn)換為五級(jí)制，填入本表相應(yīng)位置。磁性fe3o4負(fù)載含n、o類吸附劑對(duì)ni(ii)和cd(ii)的吸附性能王婷（化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 魯東大學(xué) 煙臺(tái) 264025）摘 要：本文以均相、異相兩種負(fù)載n、o的磁性fe3o4為吸附劑(ho-fe3o4sio2-gpts-ap和he-fe3o4sio2-gpts-ap)，研究了其對(duì)金屬離子的吸附

13、性能，主要考察了溶液ph值、溫度、時(shí)間、cd(ii)和ni(ii)初始濃度及混合離子對(duì)吸附cd(ii)和ni(ii)的影響。靜態(tài)吸附結(jié)果表明，吸附劑對(duì)cd(ii)和ni(ii)的吸附性能較好。靜態(tài)吸附所測(cè)的金屬離子吸附時(shí)為ho-fe3o4sio2-gpts-ap吸附量大。ph值影響表明，該系列吸附材料對(duì)cd(ii)和ni(ii)的最佳吸附ph值都為6。等溫吸附結(jié)果表明，隨溫度及濃度的升高，其對(duì)cd(ii)和ni(ii)的吸附量均增大，該系列吸附劑對(duì)cd(ii)和ni(ii)的吸附均符合langmuir模型，為單分子層吸附、化學(xué)吸附。熱力學(xué)表明ho-fe3o4sio2-gpts-ap和he-fe

14、3o4sio2-gpts-ap對(duì)ni2+、cd2+ 、pb2+的等溫吸附是一個(gè)吸熱的過程，溫度升高可以加快這一過程。動(dòng)力學(xué)研究表明，吸附材料對(duì)cd(ii)和ni(ii)的吸附過程均符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，為液膜擴(kuò)散控制過程。關(guān)鍵詞：磁性； 四氧化三鐵；吸附；金屬離子study on the adsorption properties of nitrogen and oxygen containing magnetic fe3o4 for cd(ii) and ni(ii) wang ting(school of chemistry and materials science ludong uni

15、versity yantai 264025)abstract: in the present study, a series of nitrogen and oxygen containing magnetic fe3o4 were used for the adsorption of cd(ii) and ni(ii) . the effect of ph, temperature, time, initial cd(ii) and ni(ii) ion concentration, and coexist metal ions on the adsorption of cd(ii) and

16、 ni(ii) were investigated. results indicate that the adsorption capacities for cd(ii) and ni(ii)were better than others. the adsorption capacities for those coexist metal ions follows the order of ho-fe3o4sio2-gpts-ap.the optimum ph value for the adsorption of cd(ii) and ni(ii)was 6.0. the isotherm

17、adsorption for cd(ii) and ni(ii)showed the adsorption capacities were increases with the increasing of temperature and concentration. the isotherm adsorption was fitted well by langmuir model indicated the adsorption process was carried out by monolayer, and is of chemical ion-exhange mechanism. the

18、 thermodynamic reveals that the adsorption process of ni(ii) and cd(ii) on ho-fe3o4sio2-gpts-ap and he-fe3o4sio2-gpts-ap has a spontaneous nature and can be promoted by increasing the temperature. kinetics adsorption shows that the adsorption behavior of ho-fe3o4sio2-gpts-ap and he-fe3o4sio2-gpts-ap

19、 forcd(ii) and ni(ii) follow the pseudo-second- order kinetic model and the adsorption was controlled by film diffusion process.key words: magnetic; ferroferric oxide; adsorption; adsorption; metal ions 目錄 1前言12 實(shí)驗(yàn)部分32.1實(shí)驗(yàn)儀器與試劑32.2金屬離子的配制32.3對(duì)金屬離子的吸附性能的測(cè)定42.3.1對(duì)金屬離子靜態(tài)吸附性能42.3.2 ph值對(duì)ni2+和cd2+吸附性能的影響4

20、2.3.3 ni2+和cd2+的吸附動(dòng)力學(xué)42.3.4 ni2+和cd2+的等溫吸附43結(jié)果與討論43.1對(duì)金屬離子的靜態(tài)吸附性能53.2 ph值對(duì)ni2+和cd2+吸附性能的影響53.3 ni2+和cd2+的吸附動(dòng)力學(xué)63.4 ni2+和cd2+的等溫吸附84結(jié)論13參考文獻(xiàn)：13致謝141前言隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展,重金屬的應(yīng)用也越來越廣泛。隨之帶來的重金屬污染問題也日趨嚴(yán)重。它包括大氣、土壤、水體的重金屬污染，其因具有隱蔽性、長(zhǎng)期性和不可逆轉(zhuǎn)性等特點(diǎn)而備受關(guān)注1。大氣重金屬污染主要來源于化石燃料的燃燒和金屬冶煉過程中的釋放，重金屬可以通過人或動(dòng)物的呼吸作用進(jìn)入食物鏈。土壤重金屬污染的產(chǎn)

21、生主要是因?yàn)槿藶榈倪^度施用化肥、農(nóng)藥，這會(huì)致使土壤肥力下降、作物產(chǎn)量品質(zhì)降低，甚至某些重金屬會(huì)在土壤中轉(zhuǎn)化為毒性更大的甲基化合物進(jìn)入到農(nóng)作物當(dāng)中，最終危害人體健康2-5。水體重金屬污染主要是由于工業(yè)廢水、生活污水未經(jīng)合理處理而肆意排放造成，并且物排放源主要集中在大、中城市,人口相對(duì)密集，它會(huì)通過日常飲用水、食用被污水灌溉過的果蔬等途徑在人體中富集,進(jìn)入人體的重金屬會(huì)與體內(nèi)有機(jī)成分結(jié)合成絡(luò)合物或螯合物,從而對(duì)人體產(chǎn)生危害6-8。鎳和鎘在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用比較廣泛，因而也就是重金屬污染的重要元素。重金屬鎳接觸人體皮膚會(huì)引起皮炎，人體血液中鎳含量超標(biāo)嚴(yán)重時(shí)可引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)紊亂，長(zhǎng)期接觸、吸入

22、鎳化物會(huì)有致癌后果9。鎘中毒會(huì)使腎功能受到破壞,腎小管對(duì)低分子蛋白再吸收功能發(fā)生障礙,糖、蛋白質(zhì)代謝發(fā)生紊亂,引發(fā)尿蛋白癥、糖尿病;鎘進(jìn)入呼吸道可引起肺炎、肺氣腫,作用于消化系統(tǒng)則引起腸胃炎,鎘中毒者常常伴有貧血,骨骼中有過量鎘積累會(huì)使骨骼軟化、變形、骨折、萎縮,鎘中毒還會(huì)引起癌癥10。因此，對(duì)廢水中鎳、鎘重金屬離子進(jìn)行合理處理迫在眉睫。在建設(shè)生態(tài)文明社會(huì)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的進(jìn)程中，我們要切實(shí)做到保護(hù)環(huán)境，對(duì)廢水排放嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)化，積極研究有效的廢水重金屬污染處理辦法。目前，處理重金屬污染廢水的主要方法的有電化學(xué)法、沉淀法、膜分離法、氧化還原法、光催化法、超臨界流體萃取法、吸附法等11-15。其中電

23、化學(xué)法耗電量大，不太適合大批量處理；沉淀法因需要加入沉淀劑容易造成水體的二次污染；膜分離法、光催化法和超臨界流體萃取法雖然處理效率都比較高，但其成本太高，不適合大規(guī)模工業(yè)廢水處理。而吸附法因?yàn)椴僮骱?jiǎn)單、使用方便在廢水處理中得到廣泛應(yīng)用。吸附法包括物理吸附法、化學(xué)吸附法、生物吸附法。目前工業(yè)廢水處理常用的吸附劑有活性炭、粘土類吸附劑、高分子吸附劑、生物吸附劑等。但許多吸附劑也會(huì)存在吸附效率低、易產(chǎn)生二次污染等問題，因此如何提高吸附劑的吸附效率、選擇性和重復(fù)利用率是大批量處理工業(yè)廢水面臨的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。 近年來，國(guó)內(nèi)外研究工作者對(duì)環(huán)境礦物材料在水污染治理中的應(yīng)用產(chǎn)生研究興趣，并取得了較多研究成果16。

24、環(huán)境礦物材料是一類由礦物及其改性產(chǎn)物組成的，能有防止、修復(fù)環(huán)境污染功能的礦物材料。如沸石、蒙脫石、海泡石、硅藻土等在吸附處理中金屬?gòu)U水中已得到越來也廣泛的應(yīng)用，并取得不錯(cuò)的效果。環(huán)境礦物材料具有較大的比表面積， 對(duì)重金屬離子具有吸附作用、離子交換作用和化學(xué)活性作用。利用環(huán)境礦物進(jìn)行重金屬?gòu)U水處理，具有成本低廉、效果顯著且二次污染小等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用17。不同的天然礦物材料在處理重金屬?gòu)U水過程中的表現(xiàn)不同。戚洪彬17等用沸石進(jìn)行水的軟化實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明當(dāng)溶液為中性或弱酸性、ca2+、mg2+的初始濃度分別為3.924mg/l 和1.069 mg/l、沸石用量為100 g 時(shí)，吸附率可達(dá)98 %

25、和94 %。黃謹(jǐn)暉等人18對(duì)海泡石吸附廢水中cu2+的可能性和吸附效果進(jìn)行研究。結(jié)果表明，當(dāng)吸附劑用量為1g/100ml、溶液中cu2+ 濃度在1mg/l 以下, 去除率可達(dá)9 9%。嚴(yán)剛等19利用與fecl3組配的硅藻對(duì)廢水中的pb2+具有比較顯著的吸附作用。 納米材料是近年來受到廣泛重視的一種新興功能材料，其粒子的粒徑在1100nm 之間，屬于原子簇與宏觀物體交界的過渡狀態(tài)，它既非典型的微觀體系又非典型的宏觀體系，具有一系列獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，具備一些優(yōu)越于傳統(tǒng)材料的特殊性能20。具有較大的比表面積及許多未飽和的原子，因而對(duì)金屬離子具有很強(qiáng)的吸附性。li yanhui21 等研究了羧基化碳

26、納米管對(duì)金屬離子的吸附。結(jié)果表明，碳納米管經(jīng)硝酸等氧化劑處理后對(duì)廢水中的pb2+具有比較顯著的吸附作用。楊秋菊等利用納米zro2 和fe2o3分別吸附環(huán)境水樣中的cr(vi)，結(jié)果表明，兩種納米材料對(duì)環(huán)境水樣中cr(vi)的吸附效率均大于97 %，可使水樣中殘留cr(vi)的濃度遠(yuǎn)小于cr(vi)的排放標(biāo)準(zhǔn)22。 1988年巨磁電阻效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，引起了世界各國(guó)的關(guān)注，掀起了納米磁性材料的開發(fā)和應(yīng)用研究熱潮23。磁性材料可廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)、材料等領(lǐng)域，例如磁性存儲(chǔ)、能量轉(zhuǎn)換器、傳感器等。此外因磁性納米粒子具有獨(dú)特的磁學(xué)性質(zhì), 如超順磁性和高飽和磁化強(qiáng)度等, 而且生物相容性較好, 毒副作用小,

27、在靶向藥物載體、磁共振成像、細(xì)胞和生物分子分離、免疫檢測(cè)等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。 由于金屬氧化物納米顆粒特殊的理化學(xué)性質(zhì),使其在實(shí)際應(yīng)用中越來越廣泛,而其制備方法和性質(zhì)的研究也得到了深入的進(jìn)展。磁性納米微粒的制備方法主要有物理方法和化學(xué)方法。物理方法制備納米微粒一般采用真空冷凝法、物理粉碎法、機(jī)械球磨法等。但是用物理方法制備的樣品一般產(chǎn)品純度低、顆粒分布不均勻,易被氧化,且很難制備出10nm以下的納米微粒,所以在工業(yè)生產(chǎn)和試驗(yàn)中很少被采納?；瘜W(xué)方法主要有共沉淀法、溶膠-凝膠法、微乳液法、水解法、水熱法等24。采用化學(xué)方法獲得的納米微粒的粒子一般質(zhì)量較好,顆粒度較小,操作方法也較為容易

28、,生產(chǎn)成本也較低,是目前研究、生產(chǎn)中主要采用的方法。 合成金屬四氧化三鐵納米顆粒最早采用的方法是液相化學(xué)反應(yīng)的共沉淀法。共沉淀法是在包含兩種或兩種以上金屬離子的可溶性鹽溶液中,加入適當(dāng)?shù)某恋韯?使金屬離子均勻沉淀或結(jié)晶出來,再將沉淀物脫水或熱分解而制得納米微粉。共沉淀法有兩種25:一種是massart水解法；另一種為滴定水解法。此種方法雖然步驟簡(jiǎn)單，但簡(jiǎn)單的沉淀反應(yīng)不能保證得到的產(chǎn)物一定都是納米顆?；蚴菃畏稚⒌念w粒。溶膠-凝膠法是另一類重要的制備納米復(fù)合材料的方法。該方法不僅可以用來制備無(wú)機(jī)氧化物納米材料，還可以制備有機(jī)/無(wú)機(jī)的雜化復(fù)合材料。由于采用金屬醇鹽為原料，使該方法成本較高。此外，凝膠

29、化過程較慢，因此一般合成周期較長(zhǎng)。一些不容易通過水解聚合的金屬如堿金屬較難牢固地結(jié)合到凝膠網(wǎng)絡(luò)中，從而使得該方法制得的納米復(fù)合氧化物種類有限。其他合成方法還有微乳液法和水熱法。微乳液法具有實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單、操作方便、能耗低、應(yīng)用領(lǐng)域廣等優(yōu)點(diǎn),在合成磁性納米鐵及鐵系金屬和化合物方面得到了廣泛的應(yīng)用。但由于反應(yīng)的溫度低,因而得到的粒子的結(jié)晶性能較差,使得粒子的磁性質(zhì)也受到影響。采用水熱法制備出的粒子具有純度高、晶形好、大小可控、晶粒發(fā)育完整、可使用較為便宜的原料、易得到合適的化學(xué)計(jì)量物等優(yōu)點(diǎn)。但是由于水熱法要求使用耐高溫和耐高壓設(shè)備,因而在實(shí)際應(yīng)用中受到一些影響,而且得到的粒子溶解性和分散性也比較差。

30、 目前, 磁性納米fe3o4的開發(fā)、研究和應(yīng)用已受到高度重視。磁性納米fe3o4粒徑小, 比表面積大,磁性強(qiáng), 具有表面效應(yīng)、磁效應(yīng)等, 特別是磁效應(yīng), 使它在廢水處理、顏料、磁流體、醫(yī)藥、催化等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用, 越來越引起人們的關(guān)注。但由于磁性納米fe3o4粒子具有較強(qiáng)磁偶極相互作用和強(qiáng)烈的聚集傾向,因此常需要對(duì)其進(jìn)行表面修飾形成復(fù)合粒子以降低粒子的表面能,并通過空阻或靜電斥力提高粒子的分散性。磁性納米粒子進(jìn)行表面修飾后形成的磁性復(fù)合粒子,具有以下特點(diǎn):良好的分散性;更好的化學(xué)穩(wěn)定性;通過表面修飾可以調(diào)節(jié)復(fù)合粒子與其它材料的相容性和反應(yīng)特性。磁性復(fù)合粒子相對(duì)于單組分的磁性納米粒子有著更

31、好的物理、化學(xué)性質(zhì),因此有著非常廣泛的應(yīng)用前景,越來越成為人們研究和關(guān)注的熱點(diǎn)。對(duì)于磁性納米fe3o4粒子可以用有機(jī)小分子、有機(jī)高分子和無(wú)機(jī)材料進(jìn)行表面修飾。有機(jī)小分子主要是偶聯(lián)劑和表面活性劑。用于修飾磁性納米fe3o4粒子的有機(jī)高分子包括天然生物大分子和合成高分子兩類，目前用有機(jī)高分子的改性趨勢(shì)有兩種，一種是合成fe3o4粒子含量高、尺寸均一的聚合物微球；另一種是合成具有核殼結(jié)構(gòu)的聚合物/fe3o4復(fù)合粒子。用于修飾磁性納米fe3o4粒子的無(wú)機(jī)材料主要是sio2。許多研究表明, 無(wú)定型的二氧化硅材料具有無(wú)毒性、良好的生物相容性以及不易受免疫系統(tǒng)影響等特點(diǎn)34。在fe3o4表面包裹一層sio2

32、后, 能使納米粒子在水溶液中穩(wěn)定分散, 而且sio2表面容易進(jìn)行化學(xué)修飾, 有利于fe3o4sio2復(fù)合粒子的進(jìn)一步生物功能化。利用二氧化硅的安全及穩(wěn)定性來提高其穩(wěn)定性和耐酸堿性。為了得到較高的重金屬捕集能力，可以在其表面通過化學(xué)反應(yīng)引進(jìn)功能基團(tuán),得到新型的改性磁性納米吸附材料。黃開勛等26通過制備表面修飾-sh的核殼式納米磁性二氧化硅載體(mms),并使用這種載體對(duì)鉛離子與汞離子具有良好的吸附性能。 本文以均相、異相兩種負(fù)載n、o的磁性fe3o4吸附材料（ho-fe3o4sio2-gpts-ap、he-fe3o4sio2-gpta-ap）為吸附劑，研究了其對(duì)金屬離子的吸附性能，通過靜態(tài)吸附、

33、ph值的影響、等溫吸附、吸附動(dòng)力學(xué)及混合離子吸附性能等方面對(duì)ni2+和cd2+的吸附行為進(jìn)行了研究、測(cè)定，并作出了系統(tǒng)的分析。2 實(shí)驗(yàn)部分2.1實(shí)驗(yàn)儀器與試劑 儀器：dzf-6050型真空干燥箱，gbc932型原子吸收分光光度計(jì)，tha-a氣浴恒溫振蕩箱，thz-c冷凍恒溫振蕩箱，fc204電子分析天平，ph211酸度計(jì)，容量瓶，吸量管，碘量瓶，比色管。試劑：冰醋酸，醋酸鈉，鹽酸，硝酸，氯化鎘，硝酸鎳等均為分析純。均相和異相磁性fe3o4負(fù)載n、o的吸附劑由本實(shí)驗(yàn)室合成。2.2金屬離子的配制各種不同濃度的ni2+和cd2+離子溶液：稱量固體cdcl2 2.0186 g和固體ni(no3)2 2

34、.0193g分別配制出了0.2 mol/l的金屬離子溶液。再分別從0.2 mol/l不同金屬離子溶液中取出不同的體積加入到100 ml容量瓶中，并定容至刻線處，分別得到0.16mol/l、0.1 mol/l、0.08 mol/l、0.06 mol/l、0.04 mol/l、0.02 mol/l、0.0002mol/l的金屬離子溶液。2.3對(duì)金屬離子的吸附性能的測(cè)定2.3.1對(duì)金屬離子靜態(tài)吸附性能分別稱取18 mg的ho-fe3o4sio2-gpts-ap、he-fe3o4sio2-gpta-ap于100ml碘量瓶中，加入20 ml 0.002 mol/l ni2+、cd2+、cu2+、zn2+

35、、pb2+、mn2+、ag+、hg2+離子溶液，25 c下振蕩12 h后分別取上層清液1.0ml、0.12ml、0.7ml、0.2ml、0.8ml、0.55ml、0.45ml、13.0ml于25ml的比色管中定容，再用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定吸附后離子的濃度。吸附量用公式(2-1)計(jì)算： (2-1)q：吸附劑的吸附量（mmol/g）；c0：金屬離子的初始濃度（mol/l）；c：吸附之后離子的濃度（mol/l）；v：溶液體積（ml）；w：吸附劑質(zhì)量（g）。2.3.2 ph值對(duì)ni2+、cd2+吸附性能的影響分別稱取18 mg的ho-fe3o4sio2-gpts-ap、he-fe3o4sio2-gp

36、ta-ap，分別加入20 ml 0.002 mol/l 的ni2+離子溶液和cd2+離子溶液（ph值分別為1.0，2.0，3.0，4.0，5.0，6.0），置于振蕩器中25 c下振蕩12 h，取上層清液1.0ml于25ml的比色管中定容，再用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定吸附后離子的濃度。用公式(2-1)計(jì)算吸附量。2.3.3 ni2+、cd2+的吸附動(dòng)力學(xué)分別稱取18 mg的ho-fe3o4sio2-gpts-ap、he-fe3o4sio2-gpta-ap，分別加入20ml 0.002 mol/l的ni2+溶液(ph為6.0)和20ml 0.002 mol/l的cd2+溶液(ph為6.0)，置于振蕩

37、器中25 c下振蕩6小時(shí)，期間在振蕩10、20、30、40、50、60、70、80、90、105、120、150、180、270、360分鐘時(shí)取1.0ml溶液于25ml比色管中定容，再用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定吸附后離子的濃度。用公式(2-1)計(jì)算吸附量。2.3.4 ni2+、cd2+的等溫吸附 分別稱取18 mg的ho-fe3o4sio2-gpts-ap、he-fe3o4sio2-gpta-ap，分別加入20ml濃度分別為0.001mol/l、0.002 mol/l、0.003 mol/l、0.004mol/l、0.005 mol/l 、0.006mol/l的 ni2+離子溶液和20ml濃度分

38、別為0.0005mol/l、0.001mol/l、0.002 mol/l、0.003 mol/l、0.004mol/l 、0.005mol/l的 cd2+離子溶液（ph值為6.0）（ph值為6.0），置于15 c、25 c、35 c下的振蕩器中振蕩12 h后分別取上層清液2.0ml、1.0ml、0.7ml、0.5ml、0.4ml、0.3ml于25ml的比色管中定容，再用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定吸附后離子的濃度。用公式(2-1)計(jì)算吸附量。3結(jié)果與討論3.1對(duì)金屬離子的靜態(tài)吸附性能圖3-1所示為ho-fe3o4sio2-gpts-ap、he-fe3o4sio2-gpta-ap對(duì) ni2+、cd2+

39、、cu2+、zn2+、pb2+、mn2+、ag+、hg2+等離子的靜態(tài)飽和吸附量。由圖看出，兩種吸附劑對(duì)金屬離子的吸附量大小各不相同，但對(duì)所測(cè)的金屬離子的吸附量大小都表現(xiàn)為ho-fe3o4sio2-gpts-aphe-fe3o4sio2-gpta-ap。兩類吸附劑對(duì)金屬離子的吸附量出現(xiàn)差異性的原因可由元素分析結(jié)果解釋，ho-fe3o4sio2-gpts-ap元素分析測(cè)得的含氮量要高于he-fe3o4sio2-gpta-ap的含氮量。圖3-1對(duì)金屬離子的靜態(tài)吸附性能3.2 ph值對(duì)ni2+、cd2+吸附性能的影響ph值是影響吸附材料吸附金屬離子的一個(gè)重要的影響因素，本文研究了ph值對(duì)ho-fe3

40、o4sio2-gpts-ap、he-fe3o4sio2-gpta-ap吸附ni2+和cd2+的影響。如圖3-2、3-3所示， ho-fe3o4sio2-gpts-ap、he-fe3o4sio2-gpta-ap吸附材料對(duì)ni2+和cd2+的吸附最佳ph值均為6。這是由于在與ni2+和cd2+的吸附過程中，由于溶液酸性增加，磁性fe3o4負(fù)載n、o吸附劑的部分仲胺基及外圍羥基被質(zhì)子化，質(zhì)子化后的功能基與ni2+和cd2+的靜電排斥作用，使得重金屬離子很難被吸附，因此在較低的ph值下吸附量較小。隨著ph值的增加，質(zhì)子化程度減弱，功能基ni2+和cd2+與hg2+的結(jié)合能力增強(qiáng)，吸附量也隨之增大。 圖

41、3-2 ph對(duì)ni2+吸附影響圖3-3 ph對(duì)cd2+吸附影響3.3 ni2+、cd2+的吸附動(dòng)力學(xué)在25 oc時(shí)，ho-fe3o4sio2-gpts-ap、he-fe3o4sio2-gpta-ap對(duì) ni2+、cd2+的吸附動(dòng)力學(xué)曲線如圖3-4、3-5所示。由圖可知，磁性fe3o4負(fù)載含n、o類吸附劑對(duì) ni2+、cd2+的吸附量順序?yàn)椋篽o-fe3o4sio2-gpts-aphe-fe3o4sio2-gpta-ap。 圖3-4 ni2+的吸附動(dòng)力學(xué)曲線 圖3-5 cd2+的吸附動(dòng)力學(xué)曲線為了辨別吸附機(jī)理屬于液膜擴(kuò)散還是粒內(nèi)擴(kuò)散控制，采用helfferich提出的簡(jiǎn)單方法，按照公式(3-1、

42、3-2)對(duì)吸附動(dòng)力學(xué)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。bt值可以通過每一個(gè)對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)f值來獲得。以bt對(duì)t作圖，如圖3-6、3-7所示。對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，如果擬合曲線經(jīng)過原點(diǎn)，說明吸附過程符合粒內(nèi)擴(kuò)散機(jī)理，否則屬于液膜擴(kuò)散機(jī)理。 (3-1) 或 (3-2)其中f=qt/q0，qt為時(shí)間t時(shí)的吸附量，q0為最大飽和吸附量；r0為吸附材料離子半徑，假定為球型；di為離子在吸附材料中的擴(kuò)散系數(shù)；n為整數(shù)。 圖3-6吸附 ni2+的bt-t圖 圖3-7吸附 cd2+的bt-t圖 由圖3-6、3-7及所得的線性方程和相關(guān)系數(shù)r2值（表3-1）可知實(shí)驗(yàn)測(cè)得的bt-t線性擬合的直線均不穿過原點(diǎn)，說明吸附過程符合液膜擴(kuò)散

43、機(jī)理。表3-1吸附劑在25對(duì)ni2+、cd2+的bt-t圖的線性方程和相關(guān)系數(shù)r2adsorbentsmetal ionslinear equation截距誤差r2ho-fe3o4sio2-gpts-apni()bt=0.0099t-0.13560.03100.9934cd()bt=0.0082t+0.19410.04200.9826he-fe3o4sio2-gpts-apni()bt=0.0086t-0.04350.01330.9984cd()bt=0.0118t-0.21910.03780.9931本實(shí)驗(yàn)還采用擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程和擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程對(duì)所得動(dòng)力學(xué)吸附數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。其方程式分別為：

44、一級(jí)動(dòng)力學(xué) ： (3-3)二級(jí)動(dòng)力學(xué)： (3-4)擬合結(jié)果分別如圖3-8和3-9所示，相關(guān)動(dòng)力學(xué)參數(shù)列于表3-2。 圖3-8吸附ni2+的二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型 圖3-9 吸附cd2+的二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型 表3-2 ho-fe3o4sio2-gpts-ap、he-fe3o4sio2-gpta-ap 在25 oc時(shí)吸附ni2+、cd2+的動(dòng)力學(xué)參數(shù)adsorbentsmetal ionsqe(exp)(mmol g-1)pseudo-first-order kineticspseudo-second-order kineticsk1(min-1)qe(cal)(mmol g-1)r12k2(g mmol-1

45、 min -1)qe(cal)(mmol g-1)r22ho-fe3o4sio2-gpts-apni()0.390.01070.320.98620.03350.430.9930cd()0.260.00880.140.96790.12770.280.9989he-fe3o4sio2-gpts-apni()0.190.00950.160.99250.06890.220.9988cd()0.200.01320.180.99070.07310.210.9962相關(guān)系數(shù)r2值可以作為衡量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是否與理論模型相符的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。根據(jù)圖3-8、圖3-9和表3-2可以看出，對(duì)于ho-fe3o4sio2-gp

46、ts-ap和he-fe3o4sio2-gpts-ap吸附材料對(duì)ni2+、cd2+的吸附，擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程的相關(guān)系數(shù)均比擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程相關(guān)系數(shù)好，所以可以用擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)很好的描述磁性fe3o4負(fù)載含n、o類吸附劑對(duì)ni2+、cd2+的吸附。且計(jì)算的qe值與實(shí)驗(yàn)值相近，也進(jìn)一步說明用擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)描述更符合。3.4 ni2+、cd2+的等溫吸附等溫吸附是用于描述吸附平衡狀態(tài)及在參數(shù)影響下變化趨勢(shì)的數(shù)學(xué)模式，它表征了吸附材料對(duì)金屬離子的吸附分離性能，提供了關(guān)于熱力學(xué)性能的最基本信息。本實(shí)驗(yàn)采用langmuir模型、freundich模型及dudinin-radushkevich (d-r) 模型等溫

47、吸附數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合。圖3-10、3-11所示為ho-fe3o4sio2-gpts-ap、he-fe3o4sio2-gpta-ap對(duì) ni2+、cd2+的等溫吸附圖。由圖可以看出，隨著溫度及溶液中ni2+、cd2+的初始濃度的升高，ho-fe3o4sio2-gpts-ap、he-fe3o4sio2-gpta-ap對(duì) ni2+、cd2+的吸附量逐漸變大。 圖3-10 對(duì)ni2+的等溫吸附曲線 圖3-11 對(duì)cd2+的等溫吸附曲線langmuir模型是最常用的等溫模型之一，此模型說明各吸附位置均勻分布在吸附劑表面上，且吸附分子之間沒有相互作用的情況下，單分子層吸附平衡的規(guī)律。其方程為： (3-5)

48、其中，ce為平衡時(shí)溶液的濃度，mmol/ml；qe為平衡時(shí)的吸附量，mmol/g；q為吸附材料的飽和吸附量，mmol/g；k1為langmuir等溫吸附常數(shù)，ml/mmol。利用langmuir等溫吸附方程式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，擬合結(jié)果如圖3-12、3-13所示。 圖3-12對(duì)ni2+等溫吸附的langmuir線性擬合曲線 圖3-13 對(duì)cd2+等溫吸附的langmuir線性擬合曲線freundlich吸附等溫式是根據(jù)實(shí)驗(yàn)規(guī)律總結(jié)得出的，代表吸附質(zhì)在非均勻表面的吸附的規(guī)律，其方程為： (3-6)kf為吸附系數(shù)，mmol/g；n是常數(shù)。通過lnqe對(duì)lnce作圖，由直線斜率和截距可得kf和n。由

49、langmuir線性擬合和freundlich線性擬合得出的相關(guān)參數(shù)見表3-3。由表可知，langmuir線性擬合相關(guān)系數(shù)r2均大于freundlich線性擬合相關(guān)系數(shù)r2，說明用langmuir等溫吸附方程式可以較好的描述ho-fe3o4sio2-gpts-ap、he-fe3o4sio2-gpta-ap在不同溫度下對(duì)ni2+、cd2+的吸附行為，即為單分子層吸附。 表3-3對(duì)ni2+、cd2+等溫吸附的langmuir線性擬合和freundlich線性擬合參數(shù)adsorbentsmetal ionst(oc)langmuir linear regressionfreundlich linea

50、r regressionq(mmol g-1)kl(mlmmol-1)r2kf(mmol g-1)nr2ho-fe3o4sio2-gpts-apni()150.70290.560.97797.431.990.9366250.98329.380.986614.991.670.9638351.14510.360.985819.781.590.9625cd()150.32364.890.99313.562.020.9681250.48476.230.98758.671.680.9493350.63653.630.967815.121.510.9488he-fe3o4sio2-gpts-apni()1

51、50.54227.370.99776.441.830.9799250.77244.770.994812.691.570.9847350.85382.570.978715.461.530.9670cd()150.22451.300.99882.252.150.9479250.44441.710.98348.431.630.9632350.77782.260.997014.911.640.9670 為了判斷吸附過程為物理吸附還是化學(xué)吸附過程，我們還采用dubinin-radushkevich (d-r) 吸附等溫式(公式3-3)對(duì)熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。 (3-7)其中qe為平衡時(shí)的吸附量(mol/g)；qm為飽和吸附量(mol/g)；為平均自由能的活度系數(shù)(mol2/j2)；為polanyi位能 ( = rt ln(1 + 1/ce)；平均吸附自由能(e; kj/mol)