纳米二氧化锰的制备及催化降解亚甲基蓝研究

作     者：刘伟涛 

作者单位：河北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王丽娟

授予年度：2018年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：亚甲基蓝 纳米二氧化锰 Fe掺杂 Ni掺杂 催化降解 

摘      要：印染废水通常具有有机物浓度高,所含化学成分复杂,物理色度大,可生物降解性差,毒副作用大等特点,这样的水处理起来难度高,工艺复杂,难以用生物手段处理,处理成本高。基于这些因素,制备一种材料来减少工艺流程、解决难生物降解的问题,简单高效地处理印染废水是本实验的实验目的。本文利用氧化还原法和水热法制备了纳米二氧化锰、5%Ni掺杂纳米二氧化锰以及5%Fe掺杂纳米二氧化锰,并以印染废水中亚甲基蓝为目标污染物进行催化降解实验研究。具体研究内容如下:(1)以高锰酸钾和硫酸锰为原料,利用氧化还原法和水热法制备了纳米二氧化锰。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、比表面积和孔径分析(BET)技术对产物进行了表征和分析,并探究了制备的纳米二氧化锰对亚甲基蓝的去除效果。结果表明在投加量为120mg,初始p H=7.0,反应温度为25℃的条件下氧化还原法制备的纳米二氧化锰对亚甲基蓝的去除率达到87.90%,水热法制备的纳米二氧化锰对亚甲基蓝的去除率为60.90%。实验探究了样品投加量、p H和温度对去除效果的影响。结果表明初始p H=7.0情况下3h后反应去除率最高为88.09%,二氧化锰的投加量为150mg情况下3h反应后最终的去除率最高,达到了93.96%,反应温度在55℃下去除率最高为94.84%。(2)制备生成5%Ni掺杂纳米二氧化锰和5%Fe掺杂纳米二氧化锰。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和比表面积和孔径分析(BET)技术进行了表征和分析。实验以亚甲基蓝为模拟污染物研究了反应样品的投加量、初始p H和反应温度对亚甲基蓝去除效果的影响。实验结果显示,3h反应后当投加量为20mg,反应p H=7.0时,5%Ni掺杂纳米二氧化锰对亚甲基蓝的去除率达到最优,去除率达到了99.57%;当投加量为20mg,反应p H=9.0时,5%Fe掺杂纳米二氧化锰对亚甲基蓝的去除率达到最优,3h后去除率为99.50%。(3)对纳米二氧化锰、5%Ni掺杂纳米二氧化锰和5%Fe掺杂纳米二氧化锰去除亚甲基蓝模拟印染废水的实验进行了吸附动力学研究和机理分析。分别对其进行准一级、准二级吸附动力学模拟,经过拟合发现,三种样品的实验数据对准二级动力学曲线拟合程度更高,其拟合相关系数都达到了0.99以上,最高达到1.0000。同时也对进行了催化反应动力学的拟合研究,拟合结果显示,三种材料对Langmuir-Hinshelwood方程模型一级反应动力学线性拟合较好,R都在0.95以上。基于二氧化锰自身的氧化性和催化性,本实验通过Fe离子和Ni离子的掺杂改变了二氧化锰的形态结构,进而显著提高了二氧化锰在可见光下降解亚甲基蓝的活性及催化效率。基于表征和实验结果,认为Fe和Ni离子的有效掺杂,实现了高效降解亚甲基蓝模拟印染废水的目的。本工作为进一步制备新的催化降解印染废水提供新思路。