化学专业毕业论文磁性Fe3O4负载含N、O类吸附剂对Ni(II)和Cd(II)的吸附性能.doc

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1、学 士 学 位 论 文 题目：磁性Fe3O4负载含N、O类吸附剂对Ni(II)和Cd(II)的吸附性能姓名院系化学与材料科学学院专业高分子材料与工程年级2010学号20102413027指导教师2014年6月3日独 创 声 明本人郑重声明：所呈交的毕业论文，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。 作者签名: 二一四年六月三日毕业论文使用授权声明本人完全了解鲁东大学关于收集

2、、保存、使用毕业论文的规定。本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存论文；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布论文的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。（保密论文在解密后遵守此规定）论文作者（签名）： 二一四年六月三日 毕业论文开题报告姓名王婷性别女学院化学与材料科学学院年级2010学号20102413027题 目磁性Fe3O4负载含N、O类吸附剂对Ni(II)和Cd(II)的吸附性能课题来源教师推荐课题类别基础研究选题意义（包括科学意义和应用前景，研究概况，水平和发展趋势，列出

3、主要参考文献目录）：1. 随着工业的发展，废水大量的排放，土壤和水源中重金属离子污染日益严重。其中Ni2+和Cd2+是造成废水污染的重金属离子。重金属离子污染严重威胁到人类健康和生物生存。因此，治理重金属离子污染也成为人们愈加重视的一大课题。2. 在磁性Fe3O4表面负载上官能团，作为一种重金属离子吸附剂，具有表面功能基多、比表面积大、与溶剂快速分离等特点。磁性Fe3O4负载含N、O类吸附剂可以作为一种新型的重金属离子捕捉剂。本文研究了这种新型吸附剂对Ni2+和Cd2+的吸附性能。研究主要内容和预期结果（说明具体研究内容和拟解决的关键问题，预期结果和形式，如在理论上解决哪些问题及其价值，或应用

4、的可能性及效果）：1. 综述磁性纳米材料的性质，研究意义以及吸附基本知识。2. 测定磁性Fe3O4负载含N、O类吸附剂对多种金属离子的静态吸附及对Ni2+和Cd2+离子吸附的pH值影响、等温吸附、吸附动力学及混合离子的吸附性能。3. 分析处理实验数据，以Bt对t作图对所得数据进行线性拟合辨别吸附机理属于液膜扩散还是粒内扩散控制，采用拟一级动力学方程和拟二级动力学方程对所得动力学吸附数据进行拟合。采用Langmuir模型、Freundich模型及Dudinin-Radushkevich (D-R) 模型等温吸附数据进行线性拟合，从而得出正确的吸附模型。4. 预期磁性Fe3O4负载含N、O类吸附剂

5、经过试验研究可以应用于废水中Ni2+和Cd2+的吸附。拟采取的研究方法和技术路线（包括理论分析、计算，实验方法和步骤及其可行性论证，可能遇到的问题和解决方法，以及研究的进度与计划）：1 实验过程：研究磁性Fe3O4负载含N、O类吸附剂对多种金属离子的静态吸附及对Ni2+和Cd2+ 离子吸附的pH影响、等温吸附、吸附动力学。 2.通过实验数据的处理分析得出吸附剂对Ni2+和Cd2+的吸附量较好；等温吸附均符合Langmuir吸附等温式，磁性Fe3O4负载含N、O类吸附剂对Ni2+和Cd2+的动力学吸附过程均可用拟二级动力学方程来描述，为液膜扩散控制过程3.得出结论，撰写毕业论文。指导教师意见（对

6、论文选题的意义、应用性、可行性、进度与计划等内容进行评价，填写审核结果：同意开题、修改后再开题、不同意开题）：该生通过查阅资料对以磁性Fe3O4为载体的吸附剂及其应用基本情况有了一定的了解，确定了实验方案，准备实验原料和设备。重金属离子污染严重威胁到人类健康和生物生存，该生熟悉了吸附领域的吸附方法、吸附材料等。比较深入的了解了磁性Fe3O4负载型吸附材料的性质以及目前的研究现状。其所设计方案符合实验室的现实条件切实可行，研究内容丰富，立意新颖，预计目标产物对金属离子具有良好的吸附作用。实验过程循序渐进条理清晰，同意开题。 签名： 2014 年2月25日院（系）毕业论文（设计）领导小组意见：具备

7、开题条件，同意开题。 （签章） 2014年2月28日毕业论文结题报告姓名王婷性别女学院化学与材料科学学院年级2010学号20102413027论文题目磁性Fe3O4负载含N、O类吸附剂对Ni(II)和Cd(II)的吸附性能课题来源教师推荐课题类别基础研究本课题完成情况介绍（包括研究过程、实验过程、结果分析、存在的问题及应用情况等。）研究过程：通过查阅资料对以磁性Fe3O4为载体的吸附剂及其应用基本情况有了一定的了解，确定了实验方案，准备实验原料和设备。实验过程：本文首先考察了磁性Fe3O4负载含N、O类吸附剂对多种金属离子的静态吸附性能，再考察pH值对吸附剂吸附Ni2+和Cd2+的影响。在确定

8、pH值后，对吸附Ni2+和Cd2+的等温吸附和动力学吸附作进一步的考察，最后对混合离子的吸附性能进行研究。结果分析：通过实验数据的处理分析得出吸附剂对Ni2+和Cd2+的吸附量较好；等温吸附均符合Langmuir吸附等温式，三种吸附剂对Ni2+和Cd2+ 的动力学吸附过程均可用拟二级动力学方程来描述，为液膜扩散控制过程。应用情况：吸附实验结果表明，磁性Fe3O4负载含N、O类吸附剂对Ni2+和Cd2+具有有较好的吸附性能，具有一定应用前景。指导教师意见：该生在本文中，首先考察了磁性Fe3O4负载含N、O类吸附剂对多种金属离子的静态吸附性能，再考察pH值对吸附剂吸附Ni2+和Cd2+的影响。在确

9、定pH值后，对吸附 Ni2+和Cd2+的等温吸附和动力学吸附作进一步的考察。在实验过程中，思路清晰，态度严谨，敢于创新，实验数据充分可靠。论文综述条理清楚，层次清晰，结果与讨论部分分析归纳比较合理，具有一定的深度。同时具有良好的团队协作能力，能够和同学进行探讨共同学习钻研。论文数据详实，分析合理，结果可靠达到预期目标，具有一定的创新性。经审阅，该论文是一篇较好的学士学位论文，同意结题。 签名： 2014年5 月26日院毕业论文领导小组意见：该生查阅资料充分，实验认真，工作努力，具备结题条件，同意结题。 （公章） 2014年 5 月28日（签章） 年 月 日指导教师评定成绩毕业论文成绩评定表学院

10、： 化学与材料科学学院 学号：20102413027姓 名王婷总成绩题 目磁性Fe3O4负载含N、O类吸附剂对Ni(II)和Cd(II)的吸附性能评阅人评语 该论文对于重金属处理方法和吸附材料种类进行了详细的介绍，同时对其研究的磁性Fe3O4纳米材料性能及应用领域作了较深刻的讲解。引言部分对该领域进行了综述，书写言简意赅，细致地阅读了大量与此研究相关的中英文文献，书写规范，思路清晰。论文实验内容饱满，研究的方向较新颖。本论文研究了磁性Fe3O4负载含N、O类吸附剂对Ni2+、Cd2+的吸附性能，考察了溶液pH值、温度、时间等因素对吸附性能的影响，得到了详实的实验数据，对实验结果能够认真思考。其

11、测试数据真实，对于结果的分析合理。论文撰写格式规范，论述充分。经审阅，该论文是一篇较好的学士学位论文。评定成绩： 签名： 2014年5月30日答辩小组评语该论文对其所研究领域做了详细的阐述，对磁性Fe3O4纳米材料的性能及应用领域、磁性Fe3O4负载吸附材料的性能有较深的认识，并对其发展方向和前景有较为独到的想法。对于重金属处理方法和吸附材料种类也进行了详细的介绍。研究的课题内容新颖，环境污染日益严重，对重金属吸附具有很好的实际应用价值。该同学能在规定时间内比较流利、清晰地阐述磁性Fe3O4负载含N、O类吸附剂对Ni2+、Cd2+的吸附性能研究的主要内容，图表分析准确，讲解完整清楚，能恰当回答

12、与论文有关的问题。实验方案设计合理，工作量较大，取得了有价值的实验数据。经答辩委员会评议，该论文是一篇较好的学士学位论文。答辩成绩： 组长签名： 2014年6月3日注：总成绩=指导教师评定成绩（50%）+评阅人评定成绩（20%）+答辩成绩（30%），将总成绩由百分制转换为五级制，填入本表相应位置。磁性Fe3O4负载含N、O类吸附剂对Ni(II)和Cd(II)的吸附性能王婷（化学与材料科学学院 鲁东大学 烟台 264025）摘 要：本文以均相、异相两种负载N、O的磁性Fe3O4为吸附剂(HO-Fe3O4SiO2-GPTS-AP和HE-Fe3O4SiO2-GPTS-AP)，研究了其对金属离子的吸附

13、性能，主要考察了溶液pH值、温度、时间、Cd(II)和Ni(II)初始浓度及混合离子对吸附Cd(II)和Ni(II)的影响。静态吸附结果表明，吸附剂对Cd(II)和Ni(II)的吸附性能较好。静态吸附所测的金属离子吸附时为HO-Fe3O4SiO2-GPTS-AP吸附量大。pH值影响表明，该系列吸附材料对Cd(II)和Ni(II)的最佳吸附pH值都为6。等温吸附结果表明，随温度及浓度的升高，其对Cd(II)和Ni(II)的吸附量均增大，该系列吸附剂对Cd(II)和Ni(II)的吸附均符合Langmuir模型，为单分子层吸附、化学吸附。热力学表明HO-Fe3O4SiO2-GPTS-AP和HE-Fe

14、3O4SiO2-GPTS-AP对Ni2+、Cd2+ 、Pb2+的等温吸附是一个吸热的过程，温度升高可以加快这一过程。动力学研究表明，吸附材料对Cd(II)和Ni(II)的吸附过程均符合拟二级动力学模型，为液膜扩散控制过程。关键词：磁性； 四氧化三铁；吸附；金属离子Study on the adsorption properties of nitrogen and oxygen containing magnetic Fe3O4 for Cd(II) and Ni(II) Wang ting(School of Chemistry and Materials Science Ludong Uni

15、versity Yantai 264025)Abstract: In the present study, a series of nitrogen and oxygen containing magnetic Fe3O4 were used for the adsorption of Cd(II) and Ni(II) . The effect of pH, temperature, time, initial Cd(II) and Ni(II) ion concentration, and coexist metal ions on the adsorption of Cd(II) and

16、 Ni(II) were investigated. Results indicate that the adsorption capacities for Cd(II) and Ni(II)were better than others. The adsorption capacities for those coexist metal ions follows the order of HO-Fe3O4SiO2-GPTS-AP.The optimum pH value for the adsorption of Cd(II) and Ni(II)was 6.0. The isotherm

17、adsorption for Cd(II) and Ni(II)showed the adsorption capacities were increases with the increasing of temperature and concentration. The isotherm adsorption was fitted well by Langmuir model indicated the adsorption process was carried out by monolayer, and is of chemical ion-exhange mechanism. The

18、 thermodynamic reveals that the adsorption process of Ni(II) and Cd(II) on HO-Fe3O4SiO2-GPTS-AP and HE-Fe3O4SiO2-GPTS-AP has a spontaneous nature and can be promoted by increasing the temperature. Kinetics adsorption shows that the adsorption behavior of HO-Fe3O4SiO2-GPTS-AP and HE-Fe3O4SiO2-GPTS-AP

19、 forCd(II) and Ni(II) follow the pseudo-second- order kinetic model and the adsorption was controlled by film diffusion process.Key Words: Magnetic; Ferroferric oxide; Adsorption; Adsorption; Metal ions 目录 1前言12 实验部分32.1实验仪器与试剂32.2金属离子的配制32.3对金属离子的吸附性能的测定42.3.1对金属离子静态吸附性能42.3.2 pH值对Ni2+和Cd2+吸附性能的影响4

20、2.3.3 Ni2+和Cd2+的吸附动力学42.3.4 Ni2+和Cd2+的等温吸附43结果与讨论43.1对金属离子的静态吸附性能53.2 pH值对Ni2+和Cd2+吸附性能的影响53.3 Ni2+和Cd2+的吸附动力学63.4 Ni2+和Cd2+的等温吸附84结论13参考文献：13致谢141前言随着现代工农业的快速发展,重金属的应用也越来越广泛。随之带来的重金属污染问题也日趋严重。它包括大气、土壤、水体的重金属污染，其因具有隐蔽性、长期性和不可逆转性等特点而备受关注1。大气重金属污染主要来源于化石燃料的燃烧和金属冶炼过程中的释放，重金属可以通过人或动物的呼吸作用进入食物链。土壤重金属污染的产

21、生主要是因为人为的过度施用化肥、农药，这会致使土壤肥力下降、作物产量品质降低，甚至某些重金属会在土壤中转化为毒性更大的甲基化合物进入到农作物当中，最终危害人体健康2-5。水体重金属污染主要是由于工业废水、生活污水未经合理处理而肆意排放造成，并且物排放源主要集中在大、中城市,人口相对密集，它会通过日常饮用水、食用被污水灌溉过的果蔬等途径在人体中富集,进入人体的重金属会与体内有机成分结合成络合物或螯合物,从而对人体产生危害6-8。镍和镉在工业生产中应用比较广泛，因而也就是重金属污染的重要元素。重金属镍接触人体皮肤会引起皮炎，人体血液中镍含量超标严重时可引起中枢神经系统和呼吸系统紊乱，长期接触、吸入

22、镍化物会有致癌后果9。镉中毒会使肾功能受到破坏,肾小管对低分子蛋白再吸收功能发生障碍,糖、蛋白质代谢发生紊乱,引发尿蛋白症、糖尿病;镉进入呼吸道可引起肺炎、肺气肿,作用于消化系统则引起肠胃炎,镉中毒者常常伴有贫血,骨骼中有过量镉积累会使骨骼软化、变形、骨折、萎缩,镉中毒还会引起癌症10。因此，对废水中镍、镉重金属离子进行合理处理迫在眉睫。在建设生态文明社会，实现可持续发展的进程中，我们要切实做到保护环境，对废水排放严格标准化，积极研究有效的废水重金属污染处理办法。目前，处理重金属污染废水的主要方法的有电化学法、沉淀法、膜分离法、氧化还原法、光催化法、超临界流体萃取法、吸附法等11-15。其中电

23、化学法耗电量大，不太适合大批量处理；沉淀法因需要加入沉淀剂容易造成水体的二次污染；膜分离法、光催化法和超临界流体萃取法虽然处理效率都比较高，但其成本太高，不适合大规模工业废水处理。而吸附法因为操作简单、使用方便在废水处理中得到广泛应用。吸附法包括物理吸附法、化学吸附法、生物吸附法。目前工业废水处理常用的吸附剂有活性炭、粘土类吸附剂、高分子吸附剂、生物吸附剂等。但许多吸附剂也会存在吸附效率低、易产生二次污染等问题，因此如何提高吸附剂的吸附效率、选择性和重复利用率是大批量处理工业废水面临的严重挑战。 近年来，国内外研究工作者对环境矿物材料在水污染治理中的应用产生研究兴趣，并取得了较多研究成果16。

24、环境矿物材料是一类由矿物及其改性产物组成的，能有防止、修复环境污染功能的矿物材料。如沸石、蒙脱石、海泡石、硅藻土等在吸附处理中金属废水中已得到越来也广泛的应用，并取得不错的效果。环境矿物材料具有较大的比表面积， 对重金属离子具有吸附作用、离子交换作用和化学活性作用。利用环境矿物进行重金属废水处理，具有成本低廉、效果显著且二次污染小等优点而得到广泛的应用17。不同的天然矿物材料在处理重金属废水过程中的表现不同。戚洪彬17等用沸石进行水的软化实验，结果表明当溶液为中性或弱酸性、Ca2+、Mg2+的初始浓度分别为3.924mg/L 和1.069 mg/L、沸石用量为100 g 时，吸附率可达98 %

25、和94 %。黄谨晖等人18对海泡石吸附废水中Cu2+的可能性和吸附效果进行研究。结果表明，当吸附剂用量为1g/100ml、溶液中Cu2+ 浓度在1mg/l 以下, 去除率可达9 9%。严刚等19利用与FeCl3组配的硅藻对废水中的Pb2+具有比较显著的吸附作用。 纳米材料是近年来受到广泛重视的一种新兴功能材料，其粒子的粒径在1100nm 之间，属于原子簇与宏观物体交界的过渡状态，它既非典型的微观体系又非典型的宏观体系，具有一系列独特的物理化学性质，具备一些优越于传统材料的特殊性能20。具有较大的比表面积及许多未饱和的原子，因而对金属离子具有很强的吸附性。Li Yanhui21 等研究了羧基化碳

26、纳米管对金属离子的吸附。结果表明，碳纳米管经硝酸等氧化剂处理后对废水中的Pb2+具有比较显著的吸附作用。杨秋菊等利用纳米ZrO2 和Fe2O3分别吸附环境水样中的Cr(VI)，结果表明，两种纳米材料对环境水样中Cr(VI)的吸附效率均大于97 %，可使水样中残留Cr(VI)的浓度远小于Cr(VI)的排放标准22。 1988年巨磁电阻效应的发现，引起了世界各国的关注，掀起了纳米磁性材料的开发和应用研究热潮23。磁性材料可广泛应用于物理、化学、材料等领域，例如磁性存储、能量转换器、传感器等。此外因磁性纳米粒子具有独特的磁学性质, 如超顺磁性和高饱和磁化强度等, 而且生物相容性较好, 毒副作用小,

27、在靶向药物载体、磁共振成像、细胞和生物分子分离、免疫检测等生物医学领域具有广阔的应用前景。 由于金属氧化物纳米颗粒特殊的理化学性质,使其在实际应用中越来越广泛,而其制备方法和性质的研究也得到了深入的进展。磁性纳米微粒的制备方法主要有物理方法和化学方法。物理方法制备纳米微粒一般采用真空冷凝法、物理粉碎法、机械球磨法等。但是用物理方法制备的样品一般产品纯度低、颗粒分布不均匀,易被氧化,且很难制备出10nm以下的纳米微粒,所以在工业生产和试验中很少被采纳。化学方法主要有共沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法、水解法、水热法等24。采用化学方法获得的纳米微粒的粒子一般质量较好,颗粒度较小,操作方法也较为容易

28、,生产成本也较低,是目前研究、生产中主要采用的方法。 合成金属四氧化三铁纳米颗粒最早采用的方法是液相化学反应的共沉淀法。共沉淀法是在包含两种或两种以上金属离子的可溶性盐溶液中,加入适当的沉淀剂,使金属离子均匀沉淀或结晶出来,再将沉淀物脱水或热分解而制得纳米微粉。共沉淀法有两种25:一种是Massart水解法；另一种为滴定水解法。此种方法虽然步骤简单，但简单的沉淀反应不能保证得到的产物一定都是纳米颗粒或是单分散的颗粒。溶胶-凝胶法是另一类重要的制备纳米复合材料的方法。该方法不仅可以用来制备无机氧化物纳米材料，还可以制备有机/无机的杂化复合材料。由于采用金属醇盐为原料，使该方法成本较高。此外，凝胶

29、化过程较慢，因此一般合成周期较长。一些不容易通过水解聚合的金属如碱金属较难牢固地结合到凝胶网络中，从而使得该方法制得的纳米复合氧化物种类有限。其他合成方法还有微乳液法和水热法。微乳液法具有实验装置简单、操作方便、能耗低、应用领域广等优点,在合成磁性纳米铁及铁系金属和化合物方面得到了广泛的应用。但由于反应的温度低,因而得到的粒子的结晶性能较差,使得粒子的磁性质也受到影响。采用水热法制备出的粒子具有纯度高、晶形好、大小可控、晶粒发育完整、可使用较为便宜的原料、易得到合适的化学计量物等优点。但是由于水热法要求使用耐高温和耐高压设备,因而在实际应用中受到一些影响,而且得到的粒子溶解性和分散性也比较差。

30、 目前, 磁性纳米Fe3O4的开发、研究和应用已受到高度重视。磁性纳米Fe3O4粒径小, 比表面积大,磁性强, 具有表面效应、磁效应等, 特别是磁效应, 使它在废水处理、颜料、磁流体、医药、催化等领域得到了广泛的应用, 越来越引起人们的关注。但由于磁性纳米Fe3O4粒子具有较强磁偶极相互作用和强烈的聚集倾向,因此常需要对其进行表面修饰形成复合粒子以降低粒子的表面能,并通过空阻或静电斥力提高粒子的分散性。磁性纳米粒子进行表面修饰后形成的磁性复合粒子,具有以下特点:良好的分散性;更好的化学稳定性;通过表面修饰可以调节复合粒子与其它材料的相容性和反应特性。磁性复合粒子相对于单组分的磁性纳米粒子有着更

31、好的物理、化学性质,因此有着非常广泛的应用前景,越来越成为人们研究和关注的热点。对于磁性纳米Fe3O4粒子可以用有机小分子、有机高分子和无机材料进行表面修饰。有机小分子主要是偶联剂和表面活性剂。用于修饰磁性纳米Fe3O4粒子的有机高分子包括天然生物大分子和合成高分子两类，目前用有机高分子的改性趋势有两种，一种是合成Fe3O4粒子含量高、尺寸均一的聚合物微球；另一种是合成具有核壳结构的聚合物/Fe3O4复合粒子。用于修饰磁性纳米Fe3O4粒子的无机材料主要是SiO2。许多研究表明, 无定型的二氧化硅材料具有无毒性、良好的生物相容性以及不易受免疫系统影响等特点34。在Fe3O4表面包裹一层SiO2

32、后, 能使纳米粒子在水溶液中稳定分散, 而且SiO2表面容易进行化学修饰, 有利于Fe3O4SiO2复合粒子的进一步生物功能化。利用二氧化硅的安全及稳定性来提高其稳定性和耐酸碱性。为了得到较高的重金属捕集能力，可以在其表面通过化学反应引进功能基团,得到新型的改性磁性纳米吸附材料。黄开勋等26通过制备表面修饰-SH的核壳式纳米磁性二氧化硅载体(MMS),并使用这种载体对铅离子与汞离子具有良好的吸附性能。 本文以均相、异相两种负载N、O的磁性Fe3O4吸附材料（HO-Fe3O4SiO2-GPTS-AP、HE-Fe3O4SiO2-GPTA-AP）为吸附剂，研究了其对金属离子的吸附性能，通过静态吸附、

33、pH值的影响、等温吸附、吸附动力学及混合离子吸附性能等方面对Ni2+和Cd2+的吸附行为进行了研究、测定，并作出了系统的分析。2 实验部分2.1实验仪器与试剂 仪器：DZF-6050型真空干燥箱，GBC932型原子吸收分光光度计，THA-A气浴恒温振荡箱，THZ-C冷冻恒温振荡箱，FC204电子分析天平，PH211酸度计，容量瓶，吸量管，碘量瓶，比色管。试剂：冰醋酸，醋酸钠，盐酸，硝酸，氯化镉，硝酸镍等均为分析纯。均相和异相磁性Fe3O4负载N、O的吸附剂由本实验室合成。2.2金属离子的配制各种不同浓度的Ni2+和Cd2+离子溶液：称量固体CdCl2 2.0186 g和固体Ni(NO3)2 2

34、.0193g分别配制出了0.2 mol/L的金属离子溶液。再分别从0.2 mol/L不同金属离子溶液中取出不同的体积加入到100 mL容量瓶中，并定容至刻线处，分别得到0.16mol/L、0.1 mol/L、0.08 mol/L、0.06 mol/L、0.04 mol/L、0.02 mol/L、0.0002mol/L的金属离子溶液。2.3对金属离子的吸附性能的测定2.3.1对金属离子静态吸附性能分别称取18 mg的HO-Fe3O4SiO2-GPTS-AP、HE-Fe3O4SiO2-GPTA-AP于100mL碘量瓶中，加入20 mL 0.002 mol/L Ni2+、Cd2+、Cu2+、Zn2+

35、、Pb2+、Mn2+、Ag+、Hg2+离子溶液，25 C下振荡12 h后分别取上层清液1.0mL、0.12mL、0.7mL、0.2mL、0.8mL、0.55mL、0.45mL、13.0mL于25mL的比色管中定容，再用原子吸收分光光度计测定吸附后离子的浓度。吸附量用公式(2-1)计算： (2-1)Q：吸附剂的吸附量（mmol/g）；C0：金属离子的初始浓度（mol/L）；C：吸附之后离子的浓度（mol/L）；V：溶液体积（mL）；W：吸附剂质量（g）。2.3.2 pH值对Ni2+、Cd2+吸附性能的影响分别称取18 mg的HO-Fe3O4SiO2-GPTS-AP、HE-Fe3O4SiO2-GP

36、TA-AP，分别加入20 mL 0.002 mol/L 的Ni2+离子溶液和Cd2+离子溶液（pH值分别为1.0，2.0，3.0，4.0，5.0，6.0），置于振荡器中25 C下振荡12 h，取上层清液1.0mL于25mL的比色管中定容，再用原子吸收分光光度计测定吸附后离子的浓度。用公式(2-1)计算吸附量。2.3.3 Ni2+、Cd2+的吸附动力学分别称取18 mg的HO-Fe3O4SiO2-GPTS-AP、HE-Fe3O4SiO2-GPTA-AP，分别加入20mL 0.002 mol/L的Ni2+溶液(PH为6.0)和20mL 0.002 mol/L的Cd2+溶液(PH为6.0)，置于振荡

37、器中25 C下振荡6小时，期间在振荡10、20、30、40、50、60、70、80、90、105、120、150、180、270、360分钟时取1.0mL溶液于25mL比色管中定容，再用原子吸收分光光度计测定吸附后离子的浓度。用公式(2-1)计算吸附量。2.3.4 Ni2+、Cd2+的等温吸附 分别称取18 mg的HO-Fe3O4SiO2-GPTS-AP、HE-Fe3O4SiO2-GPTA-AP，分别加入20mL浓度分别为0.001mol/L、0.002 mol/L、0.003 mol/L、0.004mol/L、0.005 mol/L 、0.006mol/L的 Ni2+离子溶液和20mL浓度分

38、别为0.0005mol/L、0.001mol/L、0.002 mol/L、0.003 mol/L、0.004mol/L 、0.005mol/L的 Cd2+离子溶液（pH值为6.0）（pH值为6.0），置于15 C、25 C、35 C下的振荡器中振荡12 h后分别取上层清液2.0mL、1.0mL、0.7mL、0.5mL、0.4mL、0.3mL于25mL的比色管中定容，再用原子吸收分光光度计测定吸附后离子的浓度。用公式(2-1)计算吸附量。3结果与讨论3.1对金属离子的静态吸附性能图3-1所示为HO-Fe3O4SiO2-GPTS-AP、HE-Fe3O4SiO2-GPTA-AP对 Ni2+、Cd2+

39、、Cu2+、Zn2+、Pb2+、Mn2+、Ag+、Hg2+等离子的静态饱和吸附量。由图看出，两种吸附剂对金属离子的吸附量大小各不相同，但对所测的金属离子的吸附量大小都表现为HO-Fe3O4SiO2-GPTS-APHE-Fe3O4SiO2-GPTA-AP。两类吸附剂对金属离子的吸附量出现差异性的原因可由元素分析结果解释，HO-Fe3O4SiO2-GPTS-AP元素分析测得的含氮量要高于HE-Fe3O4SiO2-GPTA-AP的含氮量。图3-1对金属离子的静态吸附性能3.2 pH值对Ni2+、Cd2+吸附性能的影响pH值是影响吸附材料吸附金属离子的一个重要的影响因素，本文研究了pH值对HO-Fe3

40、O4SiO2-GPTS-AP、HE-Fe3O4SiO2-GPTA-AP吸附Ni2+和Cd2+的影响。如图3-2、3-3所示， HO-Fe3O4SiO2-GPTS-AP、HE-Fe3O4SiO2-GPTA-AP吸附材料对Ni2+和Cd2+的吸附最佳pH值均为6。这是由于在与Ni2+和Cd2+的吸附过程中，由于溶液酸性增加，磁性Fe3O4负载N、O吸附剂的部分仲胺基及外围羟基被质子化，质子化后的功能基与Ni2+和Cd2+的静电排斥作用，使得重金属离子很难被吸附，因此在较低的pH值下吸附量较小。随着pH值的增加，质子化程度减弱，功能基Ni2+和Cd2+与Hg2+的结合能力增强，吸附量也随之增大。 图

41、3-2 PH对Ni2+吸附影响图3-3 PH对Cd2+吸附影响3.3 Ni2+、Cd2+的吸附动力学在25 oC时，HO-Fe3O4SiO2-GPTS-AP、HE-Fe3O4SiO2-GPTA-AP对 Ni2+、Cd2+的吸附动力学曲线如图3-4、3-5所示。由图可知，磁性Fe3O4负载含N、O类吸附剂对 Ni2+、Cd2+的吸附量顺序为：HO-Fe3O4SiO2-GPTS-APHE-Fe3O4SiO2-GPTA-AP。 图3-4 Ni2+的吸附动力学曲线 图3-5 Cd2+的吸附动力学曲线为了辨别吸附机理属于液膜扩散还是粒内扩散控制，采用Helfferich提出的简单方法，按照公式(3-1、

42、3-2)对吸附动力学的数据进行处理。Bt值可以通过每一个对应的实验F值来获得。以Bt对t作图，如图3-6、3-7所示。对所得数据进行线性拟合，如果拟合曲线经过原点，说明吸附过程符合粒内扩散机理，否则属于液膜扩散机理。 (3-1) 或 (3-2)其中F=qt/q0，qt为时间t时的吸附量，q0为最大饱和吸附量；r0为吸附材料离子半径，假定为球型；Di为离子在吸附材料中的扩散系数；n为整数。 图3-6吸附 Ni2+的Bt-t图 图3-7吸附 Cd2+的Bt-t图 由图3-6、3-7及所得的线性方程和相关系数R2值（表3-1）可知实验测得的Bt-t线性拟合的直线均不穿过原点，说明吸附过程符合液膜扩散

43、机理。表3-1吸附剂在25对Ni2+、Cd2+的Bt-t图的线性方程和相关系数R2AdsorbentsMetal ionsLinear equation截距误差R2HO-Fe3O4SiO2-GPTS-APNi()Bt=0.0099t-0.13560.03100.9934Cd()Bt=0.0082t+0.19410.04200.9826HE-Fe3O4SiO2-GPTS-APNi()Bt=0.0086t-0.04350.01330.9984Cd()Bt=0.0118t-0.21910.03780.9931本实验还采用拟一级动力学方程和拟二级动力学方程对所得动力学吸附数据进行拟合。其方程式分别为：一级动力学 ： (3-3)二级动力学： (3-4)拟合结果分别如图3-8和3-9所示，相关动力学参数列于表3-2。 图3-8吸附Ni2+的二级动力学模型 图3-9 吸附Cd2+的二级动力学模型 表3-2 HO-Fe3O4SiO2-GPTS-AP、HE-Fe3O4SiO2-GPTA-AP 在25 oC时吸附Ni2+、Cd2+的动力学参数AdsorbentsMetal ionsqe(exp)(mmol g-1)Pseudo-first-order kineticsPseudo-second-order kineticsk1(min-1)qe(cal)(mmol