电镀工艺翻译

电镀工艺学翻译 从重金属污水中提取新型磁性材料Fe3O4/ZnCr层状双氢氧化物吸附剂有效地除去染料 姓名：杨鹏 班级：化工（3）班 学号：2904100325 从重金属污水中提取新型磁性材料Fe3O4/ZnCr层状双氢氧化物吸附剂有效得除去染料 重点： Fe3O4/ZnCr层状双氢氧化物吸附剂由污水中生产 响应面法被成功的应用于最佳的准备条件 钼的最大吸附能力确认为240.16 mg/g. 钼在MFLA的吸附机理已经被证实 通过氧化技术，MFLA可以再催化再生后被回收 图解摘要： 净化重金属废水（酸浸废液PWLA和PWLB并且电解沉积废液EPWC和EPWD），通过两步微波水热法（步骤1和步骤2），制取一种新型的磁性材料Fe3O4/ZnCr并且应用于有机染料的污水处理 关键字： 重金属污水 Fe3O4重金属层状双氢氧化物 吸附剂 染料 响应面法 摘要： 酸浸废液并且电解沉积废液，通过两步微波水热法，制取一种新型的磁性材料Fe3O4/ZnCr，研究此材料吸附水中甲基橙（钼）。使用单一变量分析法确定了三个影响因素。响应面法（RSM）基于Box–Behnken已成功地应用于制备条件的优化。钼的最大吸附能力确认为240.16 mg/g，表明这种金属可以作为有效的吸附剂。这表明99%重金属离子(Fe2+, Fe3+, Cr3+, 和 Zn2+)可以转化为沉淀物有效地清除并远远小于吸附过程中的释放。此外，吸附染料的材料可以在磁场中被分离并且在催化剂作用下通过深度氧化再生回收。同时，应用动力学模型，红外光谱和X射线衍射法检测吸收机理的实验数据。边界层和颗粒内扩散在吸附机制里扮演了重要角色。 介绍： 在今天，淡水系统的重金属污染已经成为全球问因为这关乎公众的健康。水中污染物重金属离子，例如Cr3+, Cr6+, Cu2+, Fe3+, Fe2+, 和 Zn2+）变成了重要关注问题因为他对动物和人类是有毒的，并且成为淡水系统退化的主要原因。因此，清除水中重金属离子污染成为重要问题。各种传统的技术，如化学沉淀法[ 1 ]，物理吸附[ 2 ]，电化学[ 3 ]，纳米膜技术[ 4 ]，和生物吸附[5,6]，已经应用于清除污水重金属离子。但是在清除的过程中，污水中重金属离子潜在的利用价值被忽略。近些年，为了利用这些离子，我们研究这些重金属离子可以组成两种材料，铁酸盐和重金属离子层状双氢氧化物（重金属-LDH）LDH由重金属稳定浓缩制得，并且一般表示为：[M1-x2+Mx3+(OH)2]x+(An?)x/n·mH2O。其中M2+表示二价金属阳离子(Zn2+, Cu2+, Ni2+, Co2+, 等.),M3+表示三价金属阳离子(Fe3+, Cr3+, 等.)，An-表示阴离子(CO32?, SO42?, NO3?, Cl?,OH?, 等.),x是三价金属离子占所有粒子摩尔比。这超额电荷是由夹层空间里三价阳离子补偿引入阴离子从而二价化合物同构置换引起的。这特殊结构使得LDH可以在水中捕获有机或无机阴离子。 铁酸盐一般通式表示为XY2O4，其中X表示二价离子或它们的组合，Y除了表示三价阳离子还一般表示Fe3+。铁酸盐一个重要特点是高磁性，这使得它们是完美的高频应用材料，例如电子元件，电极，药载材料。 近些年，铁酸盐和LDH的化合物，一种磁性材料，已经发展应用于光催化，吸附和运载药物。例如，有报道显示 Fe3O4/MgAl–LDH纳米复合材料应用于HCH降解。他已经开发出可回收新型光催化剂。磁性材料离子具有核心-壳结构可以控制药物的运输和释放。虽然磁性复合材料已经取得了很大的成就，但是污水通过该磁性材料达到净化作用还是困难的，这是因为LDH结构中存在铝离子。近来报到Fe3O4/ZnCr层状双氢氧化物复合材料具有强吸附性和光催化性能。因此我们开发出的新型材料具有以下特点：1，重金属离子可以紧紧依附在铁酸盐和LDH的晶格内。2，Fe3O4/ZnCr层状双氢氧化物复合材料将来有可能应用于环境治理。有机污染是另一个关注重点。尤其是化妆品的有机染料污染和纺织工业更需关注，这是因为他们的高毒性和扰乱水中生态系统。清除染料污染需要低价格和高吸附性。污水处理依靠化学合成材料成为一种趋势。因此我们的主意是将重金属转化为低价格吸附剂并且讨论他的染料吸附活性和机理。并且没有报道涉及从重金属污水中的得到廉价吸附剂。 我们研究制造MFLA使用了两种含有各种重金属离子的污水，酸浸水溶液（PWL）和电解废水（EPW），通过两部微波水热法：使用响应面法研究其最佳准备条件并评估综合参数（PH，时间和温度），MFLA上的钼的吸附能力反映出可以通过磁场被分离并由硫酸根氧化分解染料来回收利用。 2，材料和 2.1材料 两种典型的酸浸溶液（PWLA和PWLB）和两种典型的电解溶液（EPWC和EPWD）是由上海第二钢铁股份有限公司和上海危险废物管理中心分别提供。四种溶液的主要成分显示在表1中，甲基橙（钼）从国药化工试剂生产股份有限公司购得成品。 2.2响应面法实验设计 响应面法应用于优化吸附过程和研究混合试剂中pH（X1）,微波加热时间（X2）和温度（X3）的相关影响，因为他们是第二部微波加热制备的重要影响因素。实验设计包含三个参数（X1，X2，X3），分别是三级实验-1,0,1分别代替低中高浓度得到。（表2 ） 在这项研究中，Design-Exper公司的统计软件用来设计和分析实验数据。独立自变量Xi用以下公式核算（1）： 其中X0是Xi在中心点的值?X是变化量。 反应变量（吸附效率）适用于二阶多项式方程（2）： 其中Y是反应变量，i和j是指示变量，b0是常系数，bi，bij，bii分别是线性方程，交互方程和二次方程的系数，Xi和Xj是实验代码。 2.3通过两部微波加热方法进行吸附实验准备 四氧化三铁综合体：他的制备方法和文章描述的类似。代表性的，1mlPWLA和3mlPWlB混合，用酸度计来控制20%氨水pH值。混合溶液由有聚四氟乙烯衬底的密封容器中的到，转移到微波溶样系统。微波加热方法由150摄氏度，30个大气压下30分钟反应。冷却后，沉淀物用蒸馏水洗涤，并在80摄氏度下通宵干燥。 MFLA构成：代表性的，10mlEPWC和100mlEPWD混合，10mg四氧化三铁纳米粒子扩散到25ml中污水中。同时，微波降解条件下使用20%氨水调剂pH值得到预产物，预产物被放到高分子衬底反应器中，移动到微波降解系统中并加热。产物经磁场分离后冷却，并在80摄氏度近真空条件下干燥12个小时。 2.4 测定MFLA的化学稳定性 通过检测MFLA中锌，铬和铁离子在24小时内在不同介质中的溶解状况，来确定pH值对MFLA化学稳定性的影响。为了研究稳定性，0.02g的MFLA分别和pH值为5,6,7,8,9的30ml磷酸盐缓冲剂反应。随着pH值的升高，三种重金属离子的溶解显著降低，（看图1，辅助信息）。少量金属离子溶解到酸性介质中，并且并未发现MFLA在碱性介质中的溶解现象。这个结果证明MFLA具有良好的化学稳定性。考虑到三种离子在酸中溶解，所以MFLA的吸附最好在中性或碱性环境中进行。 2.5吸附试验 单因素吸附试验使用的50ml锥形瓶，包含5mgMFLA和30ml钼溶液（50mg/L）。盖上盖子后，摇晃锥形瓶并在25摄氏度水中水浴加热24小时。吸附过后，使用波长为462nm的紫外-可见分光光度计测定经磁场分离后的粒子中的染料浓度。吸附效率（E，%）和钼的单位吸附质量（Q，mg/g）使用公式3计算。 其中，C0和Ce为溶液中钼离子的初始浓度。V是钼溶液初始体积（L），m（g）是吸附质量。 同样的做动力学实验，含水式样分别进行不同时间实验（0.25,0.5,3,8,12,18,和24小时）并测定钼的浓度。 2.6使用氧化法回收MFLA 所有的回收实验在50ml中进行。试验使30ml的50mg/L的钼溶液和5mg的MFLA混合。5小时的实验后，MFLA被分离并且溶解到10ml的含水溶液中。加入5ml的过硫酸氢钾oxone(2KHSO5·KHSO4·K2SO=)，降低已经吸附的钼。摇晃混合溶液10min，铁和oxone的耦合作用可生出硫酸根离子，这可以有效地氧化有机污染物。最后，MFLA经磁场分离后，用蒸馏水洗涤后回收作为下次使用。 2.7分析 在液氮温度下进行气体吸附分析来测量N2的吸附-解析等温线。比表面积使用BET吸附方程测量。在透射性电子显微镜下，MFLA和四氧化三铁被分离并分解为小颗粒溶解在乙醇中，然后在碳覆盖的铜网格上涂上一层稀悬浊液。这诱使耦合原子发射光谱。来分析水溶液中的重金属离子。每种离子的观测范围如下：Ni 0.05 mg/L, Cu 0.04 mg/L, Cr 0.06 mg/L, Zn 0.04 mg/L, Fe 0.07 mg/L.三种离子数据的相对标准差一般低于3%，在40kV和100mA条件下进行X光衍射，从5到70摄氏度，每4min记录一次数据。使用振动式磁力计测量综合材料在400-4000cm-1范围内的磁性能，并使用溴化钾弹粒技术测试4cm-1内的分辨率 3，结果和讨论 3.1 响应面分析法（RSM） 3.1.1不同变量影响 对ＭＦLＡ中钼的每个综合因素影响和单因素法进行讨论。图１显示了所有实验结果，图１Ａ和Ｂ显示出相近趋势。钼的清除一开始升高然后随着综合变量升高而降低。这可能每个综合参数影响着ZnCr–LDH在ＭＦＬＡ中形成，并且ZnCr–LDH在钼的吸附过程中扮演者重要角色 不同变量对去除效率的影响：A，接触时间30min，温度1500C，B，pH=7，温度1500C，C，pH=7，接触时间30min 3.1.2回归模型方程的影响 使用多重回归分析方法分析反应（钼的吸附效率）和三个变量（pH，接触时间，温度）之间关系，体现在表3.同时，确定多项方程式并使用Design-Expert计算吸附效率，如方程4 其中E是预测的钼的移除效率，X1,X2,X3是三个变量的影响，这表明钼的移除效率39.4%到79.4%与试验中独立变量有很大关系。 3.1.3方差分析 使用平方和，DF，均方差，F值，p值来进行相应模型统计数据的方差分析。如表4。根据表4，pH值平方和是886.79，接触时间平方和是110.95，温度值平方和是169.32.这意味着PH和温度对试验的影响大于接触时间。此外，最大F值说明这个模型可以解释大部分反映变量。这个78.96的F值意味着这个模型可以应用与反应和实验变量之间的关系。如果两个限制之间的概率值大于F值是小于0.05，模型是可以用来判断统计数据的。因此，除了想X1X2和X2X3外，其他影响数据是可以用这个标准来得到。同时，“合适F值的缺失”是5.25 ((prob > F) = 0.0714)，说明缺失的是不重要的，模型同样可以准确的说明数据。 3.1.4 3D反应曲面 模型的回归方程生动地表现在3D反应曲面，如图2（A）和（B）。这是为了最终变量对实验的最大影响.为了他的潜在的工业应用，在确定条件下（pH值6.4-7.3，接触时间35-59min，温度112-1420C）生产出较好的性能。为了准备MFLA而挑选出的三个最佳实验条件显示在表5。同一时间，预测的性能与实际性能的对比显示在图2（C）。这是因为实际值是分散的相当接近于直线，表明拟建模型十分适用于实验 3.2吸附活性 如图3显示，活性研究被应用于确定三种综合优化条件下（表5）钼的移除。三种曲线都表现出实验开始迅速发生然后逐步趋于稳定。吸附总体是随着接触时间的增长而增长，在5h后达到平衡。三个样品的平衡吸附效率分别是81.23%，76.00%，79.65%。这意味着实验数据与模型测算非常吻合。钼的最大吸附容量qmax与其他吸附剂的对比显示在表6.MFLA（样品1）有相当大吸附容量(240.16 mg/g)和比表面积(185.20 m2/g),表明他有可能成为含氮溶液吸附剂。在吸附过程中,MFLA(样1)中的铁，锌和铬被一步一步地释放到钼溶液中，并且活性曲线显示在图3.从中可以看出，MFLA中少量金属粒子被释放。未检测到释放的铁离子，锌离子和铬离子迅速达到并维持在平衡条件，分别大约0.6,0.1mg/L，MFLA（样1）的基本信息被总结在表S1，支持信息。估计MFLA中有2.32%锌离子和0.80%铬离子被释放出来。这表明几乎所有的重金属离子都稳定在MFLA中，并且不会对环境造成重大伤害。 MFLA中钼的吸附过程使用公式５和６进行分析。 其中ｑｅ和ｑｔ是钼的平衡时(mg/g)和任意时间吸附量(t／h)吸附量．ｋ1和ｋ2分别是两个速率常数，反应速率值和每种金属离子的相关系数体现在表Ｓ2． ３.3 重金属离子的清除 通过两步微波加热方法可以有效地清除EPW和PWL中的重金属离子。在最佳综合条件下，混合溶液中的两种重金属离子的变化情况展现在图4中。他显示出四种金属离子Fe2+, Fe3+, Zn2+, 和 Cr3+的浓度分别从最初13329,26658,132和65g/L降到2.3,1.5,0.5和0.2mg/L。四种离子的清除率高达99%。这说明多元金属溶液可以用综合方法成功处理。在大部分情况下，他们复合中国和美国的环境保护标准，可以被排放。 3.4MFLA的特征描述 Fe3O4和MFLA（样1）的横向电磁场显微照片显示在图5中。正如从图5（A）中看到的，Fe3O4的纳米尺寸大约在20nm，从MFLA的显微照片（图5（B））看出，Fe3O4点随意的分散在LDH表面。但是，LDH显出不规则的晶片颗粒而不是LDH典型六边形晶片。溶液中复杂的构成影响了晶体的形成。 使用X衍射显示出真正溶液综合生产出的晶体性质和构成。图6（A）可以显示出Fe3O4的面心立方，图6（B）对比A，显示出LDH相约X衍射图谱一致。小于2 θ角度的三条线相当于（003），（006）和（009）位面的反射，并且一种与（110）部队称位面显示出LDH典型六角晶系。使用德拜-谢乐公式从（003）和（006）位面测算出MFLA的平均微晶尺寸，大约13nm。另外，没有检测出其他金属的特征峰，表明综合条件被应用于的到MFLA。从四种特殊溶液中得到好的Fe3O4和LDH相归功于适当的初始重金属比例。 MFLA（样1）M-H曲线的测量记录在图7，从Fe3O4显微照片显示出这个样品继承了磁性能，并且磁饱和度（Ms）大约54.7emu/g。统计的这个样品包含43% Fe3O4这个值是23.6emu/g。此外，如图7（插图i）显示，MFLA可以轻易的通过磁场从水溶液中分离。 3.5. MFLA的回收 吸附过后，吸附剂的消耗和清除再生成为大规模使用的障碍。近些年，由于硫酸盐氧化技术的高效率和低消耗，他已经成为吸附剂再生重点关注问题。在我们的工作中，硫酸氢钾和MFLA分别被作为氧化剂和催化剂。据测算，MFLA中的钼的吸附总量已经达到426.25mg/g。同时，四期吸附-再生之后，MFLA在外部磁场仍然保持着高的磁敏感性，这可以用磁铁从钼溶液中筛选出他（插图8）。MFLA的吸附性能急剧下降，这是因为比表面积的减小。图S2显示，材料的N2吸附磁滞回线在77k。使用BET方法可以测算出，MFLA的表面积在四次吸附-再生后变为90.22m2/g，低于原来的185.20 m2/g。结果表明在回收过程中，MFLA可以保持磁性。因此，MFLA也许可以作为磁性吸附剂清除水中染色剂污染物。 3.6 MFLA上钼的吸附机理 经过傅里叶变换红外光谱实验，证明了钼的吸附。MFLA和MFLA-MO的400-4000cm-1范围内的光谱记录在图9.在MFLA中，有一个强有力的剑，在水分子层面和夹层中连接着羟基。硝酸盐的吸收光谱1348 cm-1和828 cm-1分别定为ν1和ν2.。它表明硝酸盐占据着夹层。比较MFLA的傅里叶变换红外光谱，在这方面上，从MFLA-MO上观察钼的吸收谱带，例如1610 cm-1和1420 cm-1是芳香烃C=C或者N=N弹性震动，1177 cm-1和1028 cm-1是S=O和-SO3-谱带，1515 cm-1是N-H谱带。另一方面，通过吸收带减少为1668 cm-1，少量水显露出来，同时增强了有机钼物质的疏水性。 钼移除前后的MFLA（样1）X衍射谱图显示在图6（B）和（C）。注意到MFLA-MO中LDH特征线峰值强度低于MFLA，实验结果表明，MFLA上的钼的吸附行为影响着LDH的结晶。但是，观察无钼条件下的衍射，因为他们可以掩盖住。图10显示出钼移除前后，吸附剂的颜色从褐变红。这可以说明钼是依附在MFLA上的。另外，MFLA-MO的d区间大约0.887nm，MFLA大约为0.880nm。实际上，基于钼分子长轴维度（1.31nm），可以测试出钼并没有插入MFLA的LDH的夹层中。 在吸附活性实验，傅里叶变换红外光谱，X衍射的基础上，钼的移除吸附可分为4步。1，运输钼溶液2，表面下区域扩散3，被吸附物在MFLA气孔内的移动4，钼粘合在活性部位。使用qt和t1/2坐标图描述吸附过程整体效率，根据韦伯-莫利斯模型，qt=kidt1/2,其中qt是t时间内吸附染料的量，kid（h-1）是平衡常数，t是振动时间（h）。如果内部颗粒扩散室控制速率的步骤，qt和t1/2线性图应通过原点。 在图11中，单位吸附剂吸附的染料的质量，绘制qt和t1/2坐标图。坐标图的曲线证明吸附过程不是一步。最初的曲线段代表瞬间的表面扩散，然后第二部分表示进入内部扩散逐步吸附过程。第三部分是最后平衡阶段，内部扩散由于吸附点的饱和而逐步降下来。因此，钼的吸附石很复杂的，包含双界层和内部离子扩散。 4，结论 在这个研究中，一种新型的磁性材料Fe3O4/ZnCr层状双氢氧化物吸附剂通过两步微波加热方法和电镀，酸浸溶液方法制备。大约99%的金属离子被清除，达到了净化污水的目的。在不同的条件下，使用响应面法研究甲基橙的吸附，提供了帮助研究与之相关的独立变量（混合液体的pH，微波加热方法的接触时间和温度）。使用技术设计，确保在一定条件下，MFLA得到好的性能（pH6.4-7.3，接触时间35-59min，温度112-1420C），83.2%的钼移除。在MFLA的钼的吸附机理中，边界层和内部粒子扩散扮演者重要的角色。此外，这个材料可以使用深度氧化技术回收再生。这个技术有很大的可行性应用在实际染料污染处理。 鸣谢 感谢上海市政对研究的支持，同样感谢中国自然科学基金会和上海大学优秀青年基金的帮助。我们感谢陈一奇教授（上海大学）在图解方面的帮助。