摘要: 近年来，随着科学的发展和人类生活水平的不断提升，人类的生活和工农业生产活动都导致了水资源的污染，由于污染物种类繁多，污染范围广，污染程度严重，超出了水体的自净能力，致使水环境的质量急剧恶化，对生态环境造成严重的威胁。吸附法是一门纯... 展开 近年来，随着科学的发展和人类生活水平的不断提升，人类的生活和工农业生产活动都导致了水资源的污染，由于污染物种类繁多，污染范围广，污染程度严重，超出了水体的自净能力，致使水环境的质量急剧恶化，对生态环境造成严重的威胁。吸附法是一门纯熟的，去除水体污染物的方法，具备成本低、性能好、操作简单等优点，考虑到传统吸附剂投加量大，吸附量低等弊端，现研究复合纳米材料对水体中多种抗生素的吸附去除研究，以期获得优秀的，具备实际运用能力的纳米吸附剂。 本文通过过渡金属磷化物(Transitionmetalphosphide,TMPs)和金属有机骨架材料(Metal-organicframeworkmaterial,MOFs)的负载制备了两种功能化氧化钨(WOx)复合纳米材料WO3/NiCoP和W18O49/NH2-UiO-66，通过SEM、TEM、XRD、FT-IR、BET和XPS等表征判断复合纳米材料的物化性质和基本特征，针对吸附过程中的影响因素如吸附剂投加量、污染物初始浓度、溶液pH、离子强度和溶液温度等进行实验研究，后通过再生利用实验、实际水体中污染物的去除和生物毒性实验，对复合纳米材料的实际应用能力进行考察，具体研究内容和结论如下： （1）通过溶剂热法和原位还原法成功制备了WO3/NiCoP复合纳米材料。以四环素(Tetracycline,TC)为研究对象，考察了WO3/NiCoP对水溶液中TC的去除能力。通过调整材料制备方案中WO3的投加量，制备了系列WO3/NiCoP复合纳米材料，WO3/NiCoP(2:1)为最佳比例复合材料（命名为WO3/NiCoP），用于后续实验。通过对吸附时间、材料投加量、TC初始浓度等影响因素的不断优化，在TC初始浓度为50mg/L的50mL溶液中，WO3/NiCoP投加量为10mg，反应120min的条件下，WO3/NiCoP对于TC的去除率和最大吸附量分别可达到90.8%和227.0mg/g。考察了NaCl的浓度对WO3/NiCoP去除TC性能的影响，发现随着离子浓度的升高，WO3/NiCoP对TC的去除率略有升高。将WO3/NiCoP的吸附平衡数据进行吸附动力学拟合，与伪二级(Pseudo-second-order,PSO)模型拟合较好，说明了吸附过程中化学吸附为主。将WO3/NiCoP的吸附数据进行吸附等温线拟合，发现与Langmuir等温线模型拟合良好，说明吸附过程属于单分子层吸附。将WO3/NiCoP的吸附数据进行吸附热力学拟合，发现WO3/NiCoP对TC的吸附是自发进行的，属于吸热反应。通过使用氢氧化钠溶液对使用后材料进行解吸后进行多次使用，考察了WO3/NiCoP重复利用性能，经过5次吸附-解吸实验后，WO3/NiCoP对于TC的去除率下降约16.2%，表明WO3/NiCoP具有较好的可重复利用性和稳定性。此外，WO3/NiCoP在溶液中存在卡马西平(Carbamazepine,CBZ)、酮洛芬(Ketoprofen,KP)、诺氟沙星(Norfloxacin,NOR)、磺胺嘧啶(Sulfadiazine,SDZ）、磺胺甲恶唑(Sulfamethoxazole,SMX)等药物污染物干扰存在的条件下，对去除率仍能够高达85.7%以上，说明WO3/NiCoP对TC的去除具有高选择性和专一性。WO3/NiCoP对黄河水、湖水等实际水样中的TC的去除率也高达90.3%以上，证明WO3/NiCoP具有较好的实际应用价值。综上所述，WO3/NiCoP复合纳米材料在高效、选择去除TC的应用方面具有很大的应用前景。 （2）通过溶剂热法成功制备了W18O49/NH2-UiO-66复合纳米材料。以NOR和依诺沙星(enoxacin,ENO)为研究对象，考察了W18O49/NH2-UiO-66对水溶液中抗生素的去除能力。通过调整材料制备方案中W18O49的投加量，制备了系列W18O49/NH2-UiO-66复合纳米材料，W18O49/NH2-UiO-66(1:1)为最佳比例复合材料（命名为W18O49/NH2-UiO-66），用于后续实验。通过吸附时间、材料投加量、NOR和ENO初始浓度等影响因素的不断优化，在NOR和ENO初始浓度为10mg/L的50mL溶液中，W18O49/NH2-UiO-66投加量为10mg，分别反应120和60min的条件下，W18O49/NH2-UiO-66对于NOR和ENO的去除率和最大吸附量分别可达到92.3%、91.5%、46.2mg/g、45.8mg/g。考察了不同离子对W18O49/NH2-UiO-66去除NOR和ENO性能的影响，发现Mg2+、Ca2+和Fe2+等离子以及腐殖酸(humicacid,HA)的存在导致W18O49/NH2-UiO-66对NOR和ENO的去除率下降。将W18O49/NH2-UiO-66的吸附平衡数据进行吸附动力学拟合，与PSO模型拟合较好，说明了吸附过程中化学吸附为主。将W18O49/NH2-UiO-66的吸附数据进行吸附等温线拟合，发现与Langmuir等温线模型拟合良好，说明吸附过程属于单分子层吸附。将W18O49/NH2-UiO-66的吸附数据进行吸附热力学拟合，发现W18O49/NH2-UiO-66对NOR和ENO的吸附是自发进行的，属于吸热反应。通过使用氢氧化钠溶液对使用后材料进行解吸后进行多次使用，考察了W18O49/NH2-UiO-66重复利用性能，经过5次吸附-解吸实验后，W18O49/NH2-UiO-66对于NOR和ENO的去除率下降不到18%，表明W18O49/NH2-UiO-66具有较好的可重复利用性和稳定性。此外，W18O49/NH2-UiO-66对溶液中的环丙沙星(ciprofloxacin,CIP)、恩氟沙星(Enrofloxacin,ENR)、TC、左氧氟沙星(Levofloxacin,LFX)和洛美沙星(Lomefloxacin,LOM)等药物污染物进行吸附去除，去除率能够达到79.7%以上，说明W18O49/NH2-UiO-66对NOR和ENO的去除具有高选择性和专一性。 W18O49/NH2-UiO-66对自来水、黄河水、湖水等实际水样中的NOR和ENO的去除率也高达72.8%以上，证明W18O49/NH2-UiO-66具有较好的实际应用价值。将材料处理后的溶液用于培养小球藻，通过小球藻的生长状况判断材料的生物毒害性能，结果证明了W18O49/NH2-UiO-66的绿色无害性。综上所述，W18O49/NH2-UiO-66复合纳米材料在高效去除NOR和ENO的应用方面具有很大的应用前景。 收起