论文部分内容阅读
磷是造成水体富营养化的关键营养元素之一,污水除磷对水体富营养化防治具有重要意义。纳米二氧化锆具有层状介孔结构,比表面积大,加之本身无毒、化学稳定性良好,因此其作为磷吸附剂在近年来备受关注。但是二氧化锆的沉降性较差,难以回收,易造成二次污染。而氧化石墨烯材料具有很高的比表面积,稳定性较好,并具有一定的吸附能力,是吸附材料的良好载体。将纳米二氧化锆(nano-ZrO2)与氧化石墨烯材料结合,可以有效增加材料的比表面积,提高对磷的吸附性能并适当增强材料的沉降性。本研究在利用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)分散液的基础上,通过水热法制备了新型复合材料ZrO2-rGO。利用XRD、FTIR、XPS、TEM等手段对复合材料ZrO2-rGO进行了表征,并对材料的吸附特性及影响因素进行了研究。具体的研究内容及结果如下。1)通过改进的Hummers方法制备氧化石墨烯分散液,用GO分散液和nano-ZrO2通过水热法制备出介孔ZrO2-rGO纳米复合材料。由FTIR分析可知,经水热处理后石墨烯表面羟基数目减少,结合SEM的形貌观测结果,证明氧化石墨烯在水热处理时被还原为还原氧化石墨烯(Reduced Graphene oxide,rGO)。由EDX和SEM的综合分析表明:二氧化锆能够较均匀的分散在还原氧化石墨烯表面,与之形成异质结构;nano-ZrO2表面的化学基团可能为材料间的相互复合提供了丰富的反应结合位点,从而形成了性质稳定的纳米复合材料Zr O2-rGO。2)研究了复合材料ZrO2-r GO对水溶液中磷的吸附性能,并探究了pH、离子强度及共存离子等对吸附效果的影响。结果表明,ZrO2-rGO对TP去除有明显效果,当复合材料ZrO2-rGO中的锆的含量和nano-ZrO2中的含量相同时,ZrO2-rGO对磷的吸附容量(100 mg/g)远大于nano-ZrO2对磷的吸附容量(15 mg/g)。ZrO2-rGO对磷的吸附能力在pH为2-6时较好,但吸附量随着pH的增加而下降。通过加入硝酸钠改变离子浓度(0-0.5 M),随着离子强度的增加,复合材料吸附能力有增加趋势。但Cl-,SO42-和HCO3-三种共存离子对磷酸盐的吸附影响较小。3)研究了ZrO2-rGO对生活污水中氮、磷等污染物的去除效果。结果表明ZrO2-rGO对生活污水中TP吸附效果显著,同时对TN、NH3-N及CODMn也有一定的去除效果,最高去除率分别为76.0%、25.3%、35.7%和77.8%。吸附-解吸循环实验结果显示,ZrO2-rGO经吸附-解吸循环5-6次后,对生活污水中TP、TN、NH3-N、CODMn的吸附率仍保持稳定。以上研究表明,制备获得的复合材料ZrO2-rGO能够有效去除水体中的磷,且经多次吸附-解吸循环后,该材料仍具有稳定的吸附能力,可作为理想的新型环境污染物吸附剂。