铁系纳米材料功能化及其生物环境安全性研究

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1、河北工业大学硕士学位论文铁系纳米材料功能化及其生物环境安全性研究姓名：张蔚霞申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：曹吉林;徐芳20070301河北工业大学硕士学位论文铁系纳米材料功能化及其生物环境安全性研究摘要近年来水体富营养化现象是水体面临的最为严重的问题。在水体营养物中，磷是导致富营养化现象的重要因素。要解决富营养化问题，首先要从水体中去除磷。为此筛选并合成了三种铁系纳米材料，并且考察了其去除磷酸根的主要影响因素。确定了三种铁系纳米材料对磷酸根的吸附平衡时间：Fe3O4对磷酸根的吸附5小时后达到平衡，磁性铁氧化物/纳米β沸石复合组装体以及Fe掺杂型β沸石对磷

2、酸根的吸附6小时后达到平衡。并且确定了铁系纳米材料对磷酸根吸附的最佳pH值在3-5之间。筛选比较三种铁系纳米功能材料对磷酸根的吸附效果，Fe3O4的饱和吸附量最大，磁性铁氧化物/纳米β沸石复合组装体居中，而Fe掺杂型β沸石材料对磷酸根的饱和吸附量最低。三种铁系纳米材料对磷酸根的吸附等温线对Freundlich方程有较好的拟合度。采用嗜热四膜虫模型，探讨在水体富营养化治理中三种铁系纳米材料的环境生物安全效应。分别将Fe3O4、纳米磁性铁氧化物/β沸石复合体、Fe掺杂型纳米β沸石材料作用于嗜热四膜虫生物模型，采用血球计数法观察不同铁系纳米材料对于嗜热四膜虫生长的抑制作用

3、，并用热台偏光显微镜观察相应嗜热四膜虫形态变化。结果表明：Fe3O4对四膜虫抑制作用最强烈；并且嗜热四膜虫的生长抑制率同铁系纳米材料的浓度间存在明显正相关性。综合考虑，磁性铁氧化物/纳米β沸石分子筛组装体对磷酸根的吸附效果虽然比纳米磁性Fe3O4稍低，但其对四膜虫的影响作用却比纳米磁性Fe3O4微弱，其成本也比Fe掺杂型纳米β沸石大大降低。因此将磁性材料和纳米多孔材料相结合的磁性铁氧化物/纳米β沸石分子筛组装体是一种既对磷酸根吸附效果良好，又具有较好生物环境安全性的新型环境功能材料。关键词：富营养化，铁系纳米材料，嗜热四膜虫生物模型，环境安全效应i铁系纳米材料功能化

4、及其生物环境安全性研究STUDYONFUNCTIONLIZATIONOFNANO-SIZEDIRONMATERIALSANDITSBIOLOGICALENVIRONMENTALSAFETYABSTRACTRecently,eutrophicationhasbecomeoneofthemostsignificantandworldwidewaterqualityproblems.Amongmanynutrientinwater,phosphoruscompoundshavebeenrevealvedasamajorcauseofeutrophication.Thus,

5、phosphorusshouldberemovedinordertoavoideutrophication.Threekindsofnano-sizedmaterialsofironwereselectedandthesyntheticconditionsofthesecompoundadsorbentshavebeenstudiedinthispaper,andthemaininfluencefactorsonthephosphatesremovalcapacityhavebeendiscussedtoo.Theeffectofadsorptiontimeonth

6、eremovalofphosphatebynano-sizedmaterialsofironwasdiscussed.EquilibriumtimeofremovingphosphatebyFe3O4wasabout5h，whileequilibriumtimeofremovingphosphatebymagneticironoxide-βzeolitecompositeandiron-spikedβzeolitewereabout6h.AndtheoptimumpHvalueofphosphateremovalwasbetween3-5.Thephosphatea

7、dsorptioncapabilityofdifferentnano-sizedironmaterialswascompared.ThesaturatedabsorptionamountofFe3O4wasthebiggest,whilethesaturatedabsorptionamountofiron-spikedβzeolitewasthesmallest.Resultalsoshowedthattheadsorptionprocessofnano-sizedmaterialsofironforphosphorusaccordswiththeFreundl