Fe3O4纳米粒子的表面修饰及对乳化油污水的治理

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含油废水不仅引发了很多环境问题,还对人类的健康造成了巨大的威胁。目前,常用的油水分离材料存在很多缺点,如用量较大,回收困难,易造成二次污染等等。所以,研究新型的油水分离材料是非常有必要的。本论文合成了壳聚糖基絮凝剂,氨丙基改性磁性纳米粒子和阳离子壳聚糖改性磁性纳米粒子,研究了油水分离效果和机理,主要内容如下:(1)通过丙烯酰胺(AM)或丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵(DBC)与壳聚糖(CS)与的接枝共聚制备了壳聚糖接枝共聚物CS-g-PAM与CS-g-PDBC。发现在酸性与中性条件下CS-g-PDBC的絮凝效果最佳,而在碱性条件下CS的絮凝效果最好。采用Zeta电位法研究了CS与CS-g-PDBC的絮凝机理。对于CS-g-PDBC,在酸性、中性与碱性环境下均展现出了与CS不同的絮凝特性。在酸性条件下,静电簇机理占据了较大的作用。在中性条件下,同样是静电簇机理起到了较大的作用。而在碱性条件下,CS-g-PDBC分子链易析出,但由于析出的分子链易于团聚缠结,导致网捕卷扫作用较弱,因此絮凝效果变差。(2)通过共沉淀法制备出Fe3O4纳米粒子,并包裹一层SiO2,然后用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)进行氨丙基改性制备出pH响应性磁性纳米Fe3O4@SiO2-APTES并通过TEM,XRD,FTIR,Zeta电位,VSM等表征方法证明氨丙基改性的磁性纳米粒子成功制备。研究了投加量,锚定密度,pH对油水分离效率的影响以及油水分离机理。在投加浓度为748mg/L时,粒子用酒精洗涤,重复利用13次后依然具有良好的油水分离能力;用碱水洗涤,重复利用9次后依然有良好的油水分离能力。在酸性条件下,Fe3O4@SiO2-APTES粒子通过界面活性和静电作用吸附油滴;在中性条件下,粒子通过界面活性吸附油滴;在碱性条件下,由于强烈的静电排斥作用,油滴无法吸附到粒子表面。静电作用和表面活性在油水分离过程中起到重要的作用。结果表明:在酸性和中性条件下,粒子表现出良好的油水分离性能,而在碱性条件下无油水分离能力。(3)在Fe3O4@SiO2-APTES的基础上接枝壳聚糖季铵盐(QC)合成Fe3O4@SiO2-QC磁性纳米粒子。通过透射电镜、XRD、红外光谱、Zeta电位的实验表明QC改性的磁性纳米粒子成功制备并研究了油水分离性能及机理。研究结果表明:Fe3O4和Fe3O4@SiO2无油水分离能力,Fe3O4@SiO2-APTES在酸性条件下表现出一定的油水分离能力,而Fe3O4@SiO2-QC在各种pH条件下均表现出优异的油水分离性能,且在循环使用8次后依然具有良好的油水分离能力。静电作用在油水分离过程中起到重要的作用。
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