磁性纳米颗粒的制备及污水处理应用研究

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1、磁性纳米颗粒的制备及污水处理应用研究PreparationofMagneticNanoparticlesandApplicationofWastewaterTreatment学科专业：市政工程作者姓名：提越指导教师：张宏伟教授天津大学环境科学与工程学院二零一七年十二月万方数据万方数据摘要近年来，水环境污染日益严重，水体中的主要污染物有重金属离子、染料、抗生素等，威胁着人们的健康和生态环境。水处理工艺主要以微生物法为主，长期没有较大的创新，存在着占地面积大、出水水质不稳定的缺点。采用磁性纳米材料去

2、除水中的污染物为解决水质污染问题带来了新思路、新方法，具有广阔的应用前景。本研究针对水体中的重金属离子、染料、抗生素等污染物，制备了在污水中具有稳定性同时具有再生性的磁性纳米颗粒。基于文献调研和预实验结果，磁性纳米材料选用核-壳结构为其结构形式，同时选用四氧化三铁作为核心材料、二氧化硅作为壳体材料。制备出的磁性纳米颗粒直径在20-50nm之间，在水溶液中其粒径分布主要为100-200nm。在污水中震荡、浸泡6个月没有发生明显的改变。多次再生实验中，其单次损失率为千分之一左右。选取重金属离子中的铬

3、离子、镉离子、铜离子，染料中的亚甲基蓝，抗生素中的四环素作为目标污染物进行了吸附再生实验。结果表明，磁性纳米颗粒对镉离子、铜离子、亚甲基蓝具有显著的吸附效果，磁性纳米颗粒与这些污染物之间主要依靠化学键力和范德华力进行吸附作用。磁性纳米颗粒对四环素具有一定的吸附效果，主要依靠范德华力产生吸附作用。选用超声波法、微波法进行磁性纳米颗粒的再生实验。通过条件的优化实现了对磁性纳米颗粒的再生，但多次再生后，磁性纳米颗粒吸附效果降低。针对磁性纳米颗粒物化特性，创新性的提出了磁力再生方法，依靠变化的磁场使磁性

4、纳米颗粒产生高速旋转运动。利用磁性纳米颗粒与水分子之间、磁性纳米颗粒与磁性纳米颗粒之间的剪切力及磁性纳米颗粒旋转产生的离心力，将污染物从磁性纳米颗粒表面脱附下来。实验结果表明，其再生率可以到达理论值，即对污染物的去除率保持在50%左右不变。本研究为磁性纳米颗粒在水体污染治理中的应用和对其再生处理提供了一定的参考。在治理水体污染时可以考虑利用纳米技术进行处理，降低水处理成本，提高水处理效果。关键词：磁性纳米颗粒，吸附，水处理，再生I万方数据II万方数据ABSTRACTInrecentyears,t

5、hewaterenvironmentisgettingmoreandmoreserious.Themainpollutantsinthewaterareheavymetalions,dyesandantibiotics,whichthreatenpeople'shealthandecologicalenvironment.Themainwatertreatmentprocessmainlymicrobiallaw,long-termnomajorinnovation,thereisalargea

6、rea,theshortcomingsofwaterqualityinstability.Theuseofmagneticnano-materialstoremovepollutantsinwatertosolvethewaterpollutionproblemshasbroughtnewideas,newmethods,hasbroadapplicationprospects.Inthisstudy,wefocusedonthepollutantssuchasheavymetalions,dy

7、esandantibioticsinwatertopreparemagneticnanoparticleswithstabilityandrepeatabilityinwastewater.Basedontheliteratureinvestigationandpre-experimentalstructure,themagneticnanomaterialsareselectedfromthecore-shellstructureastheirstructuralform,withferrof

8、erricoxideasthecorematerialandsilicaastheshellmaterial.Thepreparedmagneticnanoparticleshaveadiameterof20-50nmandtheparticlesizedistributioninaqueoussolutionismainly100-200nm.Inthesewageshock,soakedfor6monthsdidnotchangesignificantly.Multipleregenerat