复合污染物对磁性多孔微纳结构氧化物表面的协同吸附研究

纳米粒子表面原子具有不饱和性,是理想的分离富集材料。但在其制备和应用过程中存在分散性差、容易团聚等问题。由初级纳米单元组装的微米级颗粒超结构，具有刚性织构，其初级纳米单元可保持纳米单元优异的吸附特性。本项目提出将磁性纳米粒子优异的吸附分离性能与微纳材料结构上的优势相结合，以有机酸盐为前躯体制备磁性纳米粒子构筑、具有介孔微纳结构的铁基复合金属氧化物。并将其应用于水体金属-有机复合污染物的去除，考察不同制备工艺下的磁性介孔铁基复合金属氧化物对重金属离子、有机污染物分子的吸附特性、金属离子与有机污染物对复合金属氧化物的协同吸附机理，为新型高效吸附剂开发以及处理金属-有机复杂废水体系提供技术路线和理论依据。

纳米粒子表面原子具有不饱和性,对许多金属离子具有很强的吸附能力,是理想的分离富集材料。但在其制备和应用过程中存在分散性差、容易团聚等问题。本研究采用二元羧酸小分子为配体，通过对溶剂、溶剂配比及修饰剂的调节，合成了系列如块体状、棒状、蝴蝶结状等形貌可控的铁基有机前驱体。通过对焙烧工艺的调节，制备了微观织构可控、由纳米晶粒构筑的刚性多孔铁基（复合）金属氧化物，且其形貌保持良好。对制备的刚性织构在模拟废水中的铬(VI)、磷酸根离子及亚甲基兰染料的去除应用进行了试验研究以及理论分析。 研究结果表明以分子结构规律性变化的二元羧酸(乙二酸、丙二酸、丁二酸和酒石酸)为配体，分子结构的差异导致了铁镍复合氧化物的物相不尽相同、形貌各异。以草酸、丁二酸和酒石酸为沉淀剂制备的铁镍复合氧化物均为尖晶石型铁酸盐，而以丙二酸为配体制备的吸附剂为两种氧化物的复合物。且二元羧酸配体碳链长度增加，焙烧产物结晶性变差。进而对铬(VI)的吸附性能产生影响，以酒石酸为配位剂制备的铁镍复合氧化物吸附能力最佳，丁二酸、草酸为配位剂次之，丙二酸为配位剂最弱。研究基于有机二元羧酸分子的强配位特性，通过调节复合铁基氧化物中锌的含量，采用对焙烧产物的碱溶等手段，开发了除调节焙烧参数以外的又一对孔多材料微观结构调控的手段，实现了磁性介孔铁酸镍对铬(VI)的进一步提升。开发了乙二醇-水混合溶剂体系对草酸盐系列微纳材料的全合成工艺，该方法可对含铁、钴、镁、锌四种金属离子两两组合的草酸盐形貌进行调变，进而获得其氧化物微纳结构。利用有机高分子修饰单（复合）金属草酸盐前驱体，控制合成了系列由纳米棒组装的束状多孔磁性氧化物微纳形貌。对所有合成的磁性多孔材料处理模拟废水的研究表明，合成的系列铁基（铁锰、铁镍）氧化物对独立体系中Cr(VI)、磷酸根离子均表现出较好的吸附性能，静电相互作用是发生吸附的主要作用力，且对复杂体系中的Cr(VI)、磷酸根离子均匀具有优良吸附特性。棒状磁性介孔铁钴氧化物微纳材料对水体染料亚甲基兰具有良好的去除能力，而块体状材料却对亚甲基兰几乎没有吸附作用，证实了材料粒子的“宏观”形貌对其吸附能力具有重要影响。基于本项目的研究，共发表13篇研究论文，其中10篇为SCI期刊收录，1篇为EI收录，1篇为核心期刊收录。申请专利2项，其中1项已获得授权。且有部分研究成果处于投稿外审阶段。