金属氧化物的制备及处理环境污染物的研究

【摘要】大气中浓度迅速增加的CO2带来了全球环境危机,在替代化石燃料的新能源技术成熟发展前,CO2的捕获和封存(CCS)是一种有效减少CO2排放的方法。在各种固体吸附剂中,由于氧化钙具有较高的CO2捕获容量,且可由自然界的矿物钙直接煅烧得到而被广泛研究。然而,天然的氧化钙基吸附剂的再生利用能力衰减很快,从而限制了其应用。本论文研究重点在于合成具有高C02吸附容量、抵制烧结的氧化钙基吸收剂,从而实现在CO2吸附领域的广阔应用。另一方面,工业废水中的有机染料很难降解,若直接排放到,会给自然环境和人类的生活健康带来严重的危害。为了日益增加的对于改善生活质量的要求,治理水有机染料污染已经变成了重要的社会问题。废水中的染料通常是难以被生物降解和光降解,去除污染物通常利用离子交换、混凝絮凝、生物降解、吸附法、氧化法等方法。其中,吸附法因其简单、成本低廉,而受到人们的关注,但是其应用因低吸附容量和低吸附速率而受到限制。MgO是一种经济、对环境和人类无毒的材料,且其等电点为12.4,较高的等电点使其成为一种有前景的有机物污染物吸附材料。多孔空心球MgO用于吸附活性染料的研究报道较少,基于此,本文通过合成多孔氧化镁空心球,使其具有较大的比表面积,增加MgO的吸附位点,进而提高其吸附容量。本论文具体内容如下：1.采用sol-gel法分别制备出纯氧化钙和氧化镁／氧化钙吸收剂。与纯氧化钙相比,经过氧化镁掺入改性之后的氧化钙吸收剂对CO2的循环吸收稳定性有了明显提高,氧化镁掺入为41%的样品展示了最优的循环稳定性能。同时,其还具有低CO2分压下,较高的吸收容量和更低的吸附-脱附温度的特点。我们将其优异性能的原因归结于：吸附剂的颗粒较小、比表面积较大,更重要的是惰性材料氧化镁分散性较好,能阻止高温煅烧下CaCO3的烧结。相比于纯氧化钙而言,利用sol-gel制备的复合吸附剂具有较多连通的孔,它有利于表面气体扩散。2.MgO空心球的制备及其对活性艳红K-2BP的吸附动力学和热力学研究。利用胶体炭球作为模板,尿素作为沉淀剂,低温水热制备出多孔氧化镁空心球。XRD、SEM、BET、TEM等用来表征合成的样品。我们首次研究了该多孔MgO空心球对活性艳红K-2BP的吸附等温线、吸附动力学,并对比研究了MgO颗粒的吸附性能。氧化镁空心球对活性艳红K-2BP具有超高的吸收容量和快速的吸附速率,其最大吸收容量为286.8mg/g。该吸附动力学过程复合准二级动力学和颗粒内扩散模型,且整体的吸附过程遵从Langmuir吸附模型。此研究为多孔壳层MgO空心球对染料分子吸附的过程和机理的理解提供了新的视野。
【作者】许晓丽；
【导师】余颖；
【作者基本信息】华中师范大学，凝聚态物理，2014，硕士
【关键词】纳米氧化钙；高温CO2吸附；sol-gel法；MgO空心球；活性艳红K-2BP；

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