知識(shí)水壩（豆丁網(wǎng) pologoogle）傾心為您整理（雙擊刪除） 納米材料在水環(huán)境中污染物的吸附研究 學(xué)生姓名： 學(xué) 部： 班 級(jí)： 專 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 知識(shí)水壩（豆丁網(wǎng) pologoogle）傾心為您整理（雙擊刪除） 【摘要】 本文簡(jiǎn)單介紹了納米材料的吸附作用并綜述了納米吸附技術(shù)在污水處理方面的應(yīng)用以及在水環(huán)境中常見的幾大類污染物質(zhì)和危害，結(jié)合實(shí)習(xí)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了納米材料對(duì)多環(huán)芳烴和重金屬兩大部分的實(shí)驗(yàn)研究，利用高效液相色譜儀、 電感耦合等離子體光譜儀 測(cè)定納米材料對(duì)其中幾種具有代表性物質(zhì)的 吸附程度，記錄數(shù)據(jù)繪制吸附等溫曲線圖， 結(jié)果表明納米材料的吸附效果良 好。 并對(duì)納米吸附技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了展望。 關(guān)鍵詞 ： 納米 材料；吸附； 水環(huán)境 污染物 ；多環(huán)芳烴；重金屬 知識(shí)水壩（豆丁網(wǎng) pologoogle）傾心為您整理（雙擊刪除） 目 錄 1 緒論 1 2 納 米 技 術(shù) 1 2.1 概念 1 2.2 納 米 材 料 的 吸 附 作 用 1 2.3 納 米 材 料 的 吸 附 能 力 的 開 發(fā) 利 用 1 3 水環(huán)境中的常見污染物及危害 2 3.1 耗氧物質(zhì) 2 3.2 水體的富營(yíng)養(yǎng)化 2 3.3 油 類 污 染 物 2 3.4 有 毒 污 染 物 2 3.5 固 體 污 染 物 3 4 實(shí) 驗(yàn) 研 究 3 4.1 實(shí)驗(yàn)材料 3 4.1.1 儀器 3 4.1.2 實(shí)驗(yàn)試劑 3 4.1.3 檢測(cè)條件 3 知識(shí)水壩（豆丁網(wǎng) pologoogle）傾心為您整理（雙擊刪除） 4.2 實(shí)驗(yàn)原理 3 4.3 實(shí)驗(yàn)方法 4 4.3.1 納米鐵粉、納米銅粉、納米氧化硅對(duì)菲的吸附等溫實(shí)驗(yàn) 4 4.3.2 濃 度 納 米 氧 化 硅 吸 附 Cu 、 Pb 、 Cd 等 溫 實(shí) 驗(yàn) 4 4.4 結(jié) 果 與 討 論 4 4.4.1 納米鐵粉、納米銅粉、納米氧化硅對(duì)菲的吸附等溫曲線 4 4.4.2 納米二氧化鈦吸附 Cu 、 Pb 、 Cd 等溫曲線 6 5 結(jié)語(yǔ) 7 6 結(jié)論 7 參考文獻(xiàn) 8 知識(shí)水壩（豆丁網(wǎng) pologoogle）傾心為您整理（雙擊刪除） 1 緒論 據(jù)估計(jì)，現(xiàn)在納米材料的市場(chǎng)擁有率在 300到 450億美元。盡管這些估算不能明確反映了技術(shù)商業(yè)化的形成，但毫無疑問的是一定比例的納米化學(xué)工業(yè)所成功交易的材料 產(chǎn)品必將最終尋找它們進(jìn)入環(huán)境的通道。納米材料的商業(yè)應(yīng)用已經(jīng)涉及了許多我們普通的消費(fèi)產(chǎn)品，例如用于遮光劑和油漆的工業(yè)納米二氧化鈦，輪胎的碳納米管添加劑，作為固體潤(rùn)滑劑的納米硅顆粒，洗發(fā)水、洗滌劑和防汗劑里的納米氧化鋁顆粒。出于修復(fù)污染物目的，地下水中已經(jīng)檢測(cè)出了納米顆粒。 2 納米技術(shù) 2.1 概念 納米技術(shù)是 20世紀(jì) 80年代迅速發(fā)展起來的一門交叉性綜合學(xué)科它是指在 0 1 100納米尺度范圍內(nèi)對(duì)原子、分子進(jìn)行操縱和加工的科學(xué)技術(shù)包括納米材料和納米結(jié)構(gòu)兩部分。納米材料又稱為超微顆粒材料， 由納米粒子組 成。納米粒子的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)影響物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。當(dāng)人們將宏觀物體粉碎成超微顆粒并制成納米材料它將在熱學(xué)、力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)上與普通材料存在很大區(qū)別具有吸收輻射、吸附、催化等新性質(zhì)。發(fā)展納米技術(shù)已成為世界性的重大科學(xué)技術(shù)活動(dòng)。 2.2 納米材料的吸附作用 吸附是氣體吸附質(zhì)在固體吸附劑表面發(fā)生的行為 其發(fā)生的過程與吸附劑固體表面特征密切相關(guān)。對(duì)于納米粒子的吸附機(jī)理目前普遍認(rèn)為：納米粒子的吸附作用主要是由于納米粒子的表面羥基作用。納米粒子表面存在的羥基能夠和某些 陽(yáng)離子鍵合從而達(dá)到表觀上對(duì)金屬離子或有機(jī)物產(chǎn)生吸附作用；另外，納米離子具有大的比表面積，也是納米粒子吸附作用的重要原因 。一種良好的吸附劑，必須滿足比表面積大。內(nèi)部具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的微孔通道，吸附容量大等條件。而顆粒的比表面積與顆粒的直徑成反比。粒子直徑減小到納米級(jí)，會(huì)引起比表面積的迅速增加。當(dāng)粒徑為 10nm時(shí)，比表面積為 90m- g；粒徑為 5nm時(shí)。比表面積為 180m2 g；粒徑下降到 2nm時(shí)，比表面積猛增到450m7g日。由于納米粒子具有高的比表面積，使它具有優(yōu)越的吸附性能，在制備高性能吸附劑方面表現(xiàn)出 巨大的潛力提供了在環(huán)境治理方面應(yīng)用的可能性。 知識(shí)水壩（豆丁網(wǎng) pologoogle）傾心為您整理（雙擊刪除） 2.3 納米材料吸附能力的開發(fā)利用 納米材料的基本構(gòu)成決定了它超強(qiáng)（ 10倍以上）的吸附能力，污水中通常含有有毒有害物質(zhì)，懸浮物 ,泥沙，鐵銹，異味污染物，細(xì)菌，病毒等。污水治理就將這些物質(zhì)從水中去除，由于傳統(tǒng)的水處理方法效率低，成本高，存在二次污染 等問題，污水治理一直得不到很好解決。納米技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用很可能徹底解決這一難題，污水中的貴金屬對(duì)人體極其有害的物質(zhì)，但從污水中流失也是資源的浪費(fèi)，新的一種納米技術(shù)可將污水中的貴金屬如金，釕，鈀，鉑能完全提煉出來，變 廢為寶。此外納米 TiO具有巨大的比表面積，與廢水中有機(jī)物更充分地接觸，可將有機(jī)物最大限度地吸附在它的表面，具有更強(qiáng)的紫外光吸收能力，因而有更強(qiáng)的光催化降解能力，可快速將吸附在其表面的有機(jī)物分解，用納米 TiO光催化處理含有有機(jī)物的廢水被認(rèn)為是最有效的手段之一。 3 水環(huán)境中的常見污染物及危害 3.1耗氧物質(zhì) 水中溶解的氧通常為 5 10mg/l以維持魚和水生生物的正常生活和繁殖，在生活污水中許多有機(jī)物如蛋白質(zhì)，脂肪，纖維素等，分解為 CO2和 H2O過程中需要氧氣這勢(shì)必會(huì)影響魚類的正常生存，在實(shí)際工作中常用生化 需氧量 BOD來表示有機(jī)污染物在分解過程中所需要的氧量 BOD指標(biāo)愈高，表示水中有機(jī)污染物主要來自于生活污水和工業(yè)污水 3.2水體的富營(yíng)養(yǎng)化 在工業(yè)廢水和生活污水中還有豐富的含 N， P的有機(jī)物以及含磷洗滌劑，進(jìn)入水中如果過量， 就會(huì)成功為水中微生物和藻類的理想“食料”大大促使它們繁殖生長(zhǎng)，結(jié)果導(dǎo)致水中缺氧，魚類死亡，死亡的水生生物腐爛，又增添了營(yíng)養(yǎng)成分，更進(jìn)一步促進(jìn)浮游生物和藻類的大量的繁殖形成惡性循環(huán)，甚至可發(fā)生“紅潮”或“藍(lán)藻”。 3.3油類污染物 主要來自于含油廢水中，當(dāng)水體含油量大 0.01mg/L 可使魚肉內(nèi) 帶有一種特殊的油膩氣味兒不能食用，它對(duì)水層造成與大氣隔絕。破壞了正常的充氧條件，導(dǎo)致水體缺氧，魚類死亡，致畸致突變，不僅影響海生生物的生長(zhǎng)，降低海洋的自我凈化能力，而且影響海濱環(huán)境。 3.4有毒污染物 廢水中的有毒污染物主要指無機(jī)化學(xué)毒物，有機(jī)化學(xué)毒物和放射知識(shí)水壩（豆丁網(wǎng) pologoogle）傾心為您整理（雙擊刪除） 性物質(zhì)。無機(jī)化學(xué)毒物主要指重金屬及其化合物，大多數(shù)重金屬離子及其化合物易于被水中懸浮顆粒所吸附，而沉淀于水底的沉積層中長(zhǎng)期污染水體，某些重金屬及其化合物在魚類及水生生物體內(nèi)以及農(nóng)作物組織內(nèi)沉積，富集而造成危 害，人通過飲用或食物鏈 作用，是重金屬在體內(nèi)累積富 集而中毒，甚至導(dǎo)致死亡，有機(jī)化學(xué)毒物主要是指酚、苯、硝基物、有機(jī)農(nóng)藥、多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴、合成洗滌劑等。這些物質(zhì)通過自身衰變可能放射出、等射線使人患貧血，惡性腫瘤等疾病。 3.5固體污染物 水中的固體污染物主要是懸浮狀態(tài)，膠體狀態(tài)和溶解狀態(tài)形態(tài)存在的，一般造成水體外觀惡化，改變水顏色影響水生生物和漁業(yè)生產(chǎn)以及農(nóng)田灌溉，燥癥土壤坂結(jié)不利于農(nóng)作物生長(zhǎng)等。 以上是水環(huán)境中我們常見的污染物，針對(duì)這些污染物我們可以運(yùn)用納米技術(shù)來去除環(huán)境污染物，包括對(duì)有機(jī)污染物（多環(huán)芳烴，氯苯）重金屬離子（ Cu、 Zn、 Cd、 Pb）有毒陰離子（ F、 As、 ClO4）等吸附作用，以及其他工業(yè)納米材料 TiO、 ZnO、納米 Fe 粉及納米 Cu 粉等對(duì)含氯有機(jī)污染物的去除。而在我實(shí)習(xí)這段期間主要研究的是納米材料對(duì)多環(huán)芳烴和重金屬這兩大部分進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)定。 4 實(shí)驗(yàn)研究 4.1實(shí)驗(yàn)材料 4.1.1儀器 Agilent 高效液相色譜儀 (HPLC)、電感耦合等離子體光譜儀（ ICP-OES）、電子精密天平、高速離心機(jī)、控溫?fù)u床、 1000ml 容量瓶、100 微升移液槍 、 25ml 移液管、 10ml 移液管、 35ml 玻璃離心管、 40ml塑料離心 管、 10ml 刻度管 。 4.1.2 實(shí)驗(yàn)試劑 納米鐵粉（ 50-60nm）、納米銅粉（ 50nm）、納米氧化硅（ 20nm）、納米二氧化鈦（ 35nm）色譜純甲醇、異丙醇、超純水、銅離子標(biāo)準(zhǔn)溶液、鉛離子標(biāo)準(zhǔn)溶液、 鎘離子標(biāo)準(zhǔn)溶液、菲標(biāo)準(zhǔn)品 、硝酸鈉、分析純硝酸鈉、優(yōu)級(jí)純硝酸 4.1.3檢測(cè)條件 菲的測(cè)定采用高效液相色譜儀測(cè)定，流動(dòng)相為甲醇：水 = 90： 10，流速 1ml/min，檢測(cè)波長(zhǎng)為 247nm，進(jìn)樣 250bar。銅、鉛、鎘的測(cè)定采知識(shí)水壩（豆丁網(wǎng) pologoogle）傾心為您整理（雙擊刪除） 用電感耦合等離子體光譜 儀測(cè)定，事先用銅、鉛、鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液配制成已知的不同濃度梯度的銅離子溶液作為測(cè)定時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。 4.2實(shí)驗(yàn)原理 高效液相色譜是一種以流動(dòng)相為液體，采用高壓泵、高效固定相和高靈敏度檢測(cè)器的色譜新技術(shù)，具有分析速度快，分離效率高和操作自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。可用于測(cè)定高沸點(diǎn)、熱穩(wěn)定性差、分子量大（ 400）的有機(jī)物質(zhì)，如多環(huán)芳烴、農(nóng)藥、苯并芘、有機(jī)汞、酚類、多氯聯(lián)苯等 。 色譜法的分離原理是：溶于流動(dòng)相中的各組分經(jīng)過固定相時(shí)，由于與固定相發(fā)生作用（吸附、分配、離子吸引、排阻、親和）的大小、強(qiáng)弱不同，在固定相中滯留時(shí)間不同，從 而先后從固定相中流出。又稱為色層法、層析法 。 使用固體吸附劑，被分離組分在色譜柱上分離原理是根據(jù)固定相對(duì)組分吸附力大小不同而分離。分離過程是一個(gè)吸附解吸附的平衡過 程。常用的吸附劑為硅膠或氧化鋁，粒度 510m。 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，簡(jiǎn)稱 ICP-OES。其高頻電能通過感應(yīng)線圈耦合到等離子炬得到外觀上類似火炬的高頻高溫放點(diǎn)光源ICP，待測(cè)樣品溶液進(jìn)入等離子炬后，高溫將其溶膠中的元素電力激發(fā)，由于不同元素有不同的能級(jí)結(jié)構(gòu)因而發(fā)射出各自的特征譜線，根據(jù)浦縣強(qiáng)度與濃度的函數(shù)管子譜線強(qiáng)度信息可以轉(zhuǎn) 換為電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，從而進(jìn)行各種元素的定性、定量及半定量的分析。 4.3實(shí)驗(yàn)方法 4.3.1納米鐵粉、納米銅粉、納米氧化硅對(duì)菲的吸附等溫實(shí)驗(yàn) 在一組實(shí)驗(yàn)中，稱取一定量的納米顆粒（納米鐵粉和銅粉稱 0.2克，納米氧化硅稱 0.25 克）于 35ml 玻璃離心管內(nèi)，加入 35ml 0.01M濃度的硝酸鈉，然后用移液槍加入一定量事先配好的高濃度的菲標(biāo)準(zhǔn)溶液，使得玻璃管內(nèi)具有不同的菲的起始濃度（菲的起始濃度為5ppm-800ppm） , 每個(gè)濃度點(diǎn)設(shè)置 2 個(gè)平行，用鋁箔密封并蓋上蓋子 ,放入 20控溫?fù)u床振搖（ 100rpm） 24小 時(shí)后取出，離心后測(cè)定上清夜中菲的濃度（平衡濃度）。由起始濃度和平衡濃度之差計(jì)算納米顆粒對(duì)菲的吸附量，并用吸附量對(duì)平衡濃度作圖，得到不同納米顆粒對(duì)菲吸附的等溫線。吸附量的計(jì)算公式如下： 吸附量 = （起始濃度 - 平衡濃度） *溶液體積 /稱取的納米顆粒質(zhì)量 4.3.2 濃度 納米氧化硅 吸附 Cu、 Pb、 Cd等溫實(shí)驗(yàn) 在一組實(shí)驗(yàn)中，稱取一定量的納米顆粒（ 納米氧化鈦 稱 0.05 克）于 20ml 玻璃離心管內(nèi)，加入 20ml 0.01M 濃度的硝酸鈉，然后用移液知識(shí)水壩（豆丁網(wǎng) pologoogle）傾心為您整理（雙擊刪除） 槍加入一定量事先 配好的高濃度的 銅離子、鉛離子、鎘離子 標(biāo)準(zhǔn)溶液，使得玻 璃管內(nèi)具有不同的 ： 銅 的起始濃度（銅的起始濃度為2ppm-60ppm） 、 鉛的起始濃度（鉛的起始濃度為 30ppm-100ppm） 、 鎘的起始濃度（鎘的起始濃度為 2ppm-50ppm） , 每個(gè)濃度點(diǎn)設(shè)置 2 個(gè)平行，蓋上蓋子 ,放入 20控溫?fù)u床振搖（ 100rpm） 24小時(shí)后取出 ,第一遍離心 各提取 15ml上清液和再各加入 15ml的 0.01MNaNO3溶液和一滴硝酸。第二次離心后將樣品分別以去各 3ml于 10ml的刻度觀中 測(cè)定上清液中銅、鉛、鎘的濃度（平衡濃度）由起始濃度和平衡由起始濃度和平衡濃度之差計(jì)算納米氧化鈦對(duì)其重金屬 的吸附量，并用吸附量對(duì)平衡濃度作圖，得到不同納米顆粒對(duì)菲吸附的等溫線。吸附量的計(jì)算公式如下： 吸附量 = （起始濃度 - 平衡濃度） *溶液體積 /稱取的納米顆粒質(zhì)量 4.4結(jié)果與討論 4.4.1納米鐵粉、納米銅粉、納米氧化硅對(duì)菲的吸附等溫曲線 試驗(yàn)了納米鐵粉、納米銅粉、納米氧化硅在 20 下對(duì)菲吸附隨濃度 變化的規(guī)律，結(jié)果如圖 1 所示。從圖中可以看出，納米氧化硅對(duì)菲的吸附量在最低 其次是納米銅粉，最高的為納米鐵粉 ， 當(dāng)吸附濃度接近于 0.6mg/l 時(shí)納米鐵粉 對(duì)菲的吸 附基本達(dá)到平衡 ，納米銅粉和納米氧化硅吸附濃度基本 接近。 nano Fe010203040500 0.2 0.4 0.6平衡濃度 mg /l吸附量 (mg/kg)知識(shí)水壩（豆丁網(wǎng) pologoogle）傾心為您整理（雙擊刪除） nano Cu051015202530350 0.2 0.4 0.6 0.8平衡濃度 mg /l吸附量 (mg/kg)nano SiO20510152025300 0.2 0.4 0.6 0.8平衡濃度 m g / l吸附量 (mg/kg)圖 1 納米鐵粉、納米銅粉以及納米氧化硅顆粒吸附菲等溫曲線 知識(shí)水壩（豆丁網(wǎng) pologoogle）傾心為您整理（雙擊刪除） 4.4.2納米 二 氧化鈦 吸附 Cu、 Pb、 Cd等溫曲線 試驗(yàn)了納米 二 氧化鈦 在 20下對(duì)不同重金屬（ Cu、 Pb、 Cd）吸附隨濃度變化的規(guī)律，結(jié)果如圖 2 所示。從圖中可以看出， 納米 二 氧化鈦 對(duì) Pb 的吸附量 最大，對(duì)于 Cu 和 Cd的吸附量基本一樣，當(dāng)吸附 平衡濃度接近于 2mg/l 時(shí)納米 二 氧化鈦 對(duì) Cu 和 Cd 的吸附基本達(dá)到平衡，吸附達(dá)到飽和狀態(tài)。 Pb的吸附平衡濃度在 9mg/l 左右接近平衡狀態(tài)。 Cu0123456780 2 4 6 8 10 12平衡濃度 m g / l吸附量 mg/kg知識(shí)水壩（豆丁網(wǎng) pologoogle）傾心為您整理（雙擊刪除） Pb051015202530350 5 10 15平衡濃度 m g / l吸附量 mg/kgCd01234567890 1 2 3 4 5 6平衡濃度 m g / l吸附量 mg/kg圖 2 納米 二 氧化鈦 顆粒吸附重金 屬（ Cu、 Pb、 Cd）等溫曲線 知識(shí)水壩（豆丁網(wǎng) pologoogle）傾心為您整理（雙擊刪除） 5 結(jié) 論 納米鐵粉、納米銅粉、納米氧化硅在 20下對(duì)菲吸附隨濃度變化的為納米氧化硅對(duì)菲的吸附量在最低其次是納米銅粉，最高的為納米鐵粉， 從吸附平衡常數(shù)來看，三種納米顆粒對(duì)菲的吸附能力大小順序是：納米鐵粉 納米銅粉 納米二氧化硅。 納米二氧化鈦在 20下對(duì)不同重金屬（ Cu、 Pb、 Cd）吸附隨濃度變化，納米二氧化鈦對(duì) Pb 的吸附量最大，對(duì)于 Cu 和 Cd的吸附量基本相同。 6 結(jié)語(yǔ) 納米材料在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用越來越受到了人們的重視。雖然此項(xiàng)技術(shù)還處于由實(shí)驗(yàn)室向工業(yè)化發(fā)展的階段 納米技術(shù)在微觀理論上還有許多疑點(diǎn)納米吸附理論還有待完善，但可以預(yù)見，通過深入研究納米材料的性質(zhì)，人們將制備出高吸附選擇性的納米材料找出大規(guī)模、低成本、無污染的納米材料可控生產(chǎn)工藝以實(shí)現(xiàn)納米技術(shù)使用規(guī)?；?，降低其產(chǎn)品進(jìn)入環(huán)境保護(hù)市場(chǎng)的門檻。納米吸附技術(shù)作為一門全新學(xué)科必將對(duì)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生重大影響，納米吸附技術(shù)的推廣必將是不可阻擋的趨勢(shì)。 感謝您的使用 “小萍，晚上 10 點(diǎn)以后你為什么老關(guān)機(jī)？ ”陳飛很直接的發(fā)過來一條這樣的疑問。 有些按捺不住心頭的怒火得力萍想起白天母親那無休止的嘮 叨，在看看陳飛所發(fā)過來的令人氣憤的短信，。平日有著高雅素養(yǎng)的她也很難一下子控制住心頭怒火中燒的情緒， “我忙忙碌碌一整天，下班以后我只知識(shí)水壩（豆丁網(wǎng) pologoogle）傾心為您整理（雙擊刪除） 想回家安安靜靜好好的睡一覺，沉沉香甜的睡夢(mèng)中，我不想被外界的因素所打擾，這就是我下班以后回家立刻關(guān)機(jī)的原因。陳飛你問這話到底是什么意思？ ”氣憤填膺的李萍立刻回復(fù)著陳飛。 “我知道你白天為了飯店的生意勞碌不堪的，但是白天再累晚上下班以后也不至于回家就倒頭大睡呀，你難道沒有別的娛樂愛好嗎？ ”陳飛這個(gè)令李萍還在躊躇考驗(yàn)的男人竟然還在不知深淺的試探著。 “什么娛樂項(xiàng)目？你難道說的是找一 群人在一起花天酒地的吃喝？還是閑得無聊漫無目的的在大街上瞎溜