1. 研究目的与意义
随着全球经济的迅猛发展，人们的生活质量也显著提高。然而在人们越来越奢侈的物质享受背后却是环境的恶化、生态的失调。水污染、大气污染、固体废弃物污染以及水土流失等一系列的问题不仅影响着人们的正常生活，同时也制约着经济的发展。
在我国，水资源是很缺乏的。然而，水体污染使得水资源的短缺更加严重，因此水污染治理成为重中之重。据环保部门检测，目前全国每天至少有1亿吨水未经处理排入河流湖泊，对人类的健康造成了很大威胁[1]。环境污染以及合成染料的危害已经引起了人们的重视。管理部门为了降低废水的颜色，制定了严格的废水颜色标准。目前，人们越来越重视环境友好产业，因此寻找一个廉价又有效的方法是重中之重[2]。
众所周知，染料废水之所以被看成是污染的重要组成成分是因为在低浓度下染料能很明显的看出来，因为对人类健康有潜在的危害所以被归类为危险污染物。所以排放染料废水时必须要经过认真处理，而吸附法是既有效又经济的方法之一，尤其当吸附剂既便宜又易得到时更能显出它的优势[3]。
2. 研究内容和预期目标
研究内容： 1、拟采用水热合成法制备不同晶型的MnO2，并对这三种晶型的纳米二氧化锰进行比表面积测定及结构表征； 2、以合成的MnO2为吸附剂，进行吸附等温线测定和吸附动力学研究，筛选出对亚甲基蓝和甲基橙模拟废水吸附效果最好的吸附剂。 预期目标： 通过水热法在不同的条件下制备三种晶型α-，β-及δ-MnO2，对其进行X-射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）分析及比表面积测定。分别以α-，β-，δ-MnO2为吸附剂，分析吸附剂投加量、pH值和吸附时间等因素对亚甲基蓝和甲基橙模拟废水吸附效果的影响，并进行吸附热力学和动力学研究。 |
3. 研究的方法与步骤
研究方法：
1、合成纳米二氧化锰
2、测定其比表面积
3、进行吸附等温线测定和吸附动力学研究
具体步骤：
1、纳米二氧化锰的制备
将不同摩尔比的KmnO4和MnSO4H2O分别溶解在40mL的蒸馏水中，再将其混合，超声振荡一段时间，将混合溶液移入内衬聚四氟乙烯的100mL高压反应釜中，置于160℃干燥箱中反应一段时间，反应结束后，将反应釜取出并自然冷却到室温，过滤反应所得的浑浊液体，并用蒸馏水反复洗涤所得产品，最后把产品放入100℃烘箱内烘干备用。 所制备的二氧化锰种类如表3-1所示。
表1 所制备的纳米二氧化锰种类
Table 1 The species of prepared nanometer manganese dioxide
编号 | KMnO / 和MnSO H O的摩尔比 | 反应温度（℃） | 反应时间（h） |
1# | 2:3 | 160 | 12 |
2# | 2:3 | 160 | 36 |
3# | 6:1 | 160 | 36 |
2、纳米二氧化锰的表征
①X射线衍射（XRD）分析
采用日本岛津XRD-6000型x射线粉末衍射仪表征样品结构。操作条件：Cu靶，Kα射线，管电压40 kV，管电流200 mA，扫描速度6/min，步长0.02，扫描范围10～80。
②扫描电镜（SEM）分析
材料的微观形貌测试采用日本日立公司的Hitadli S-4700型冷场发射扫描电镜。
③测定其比表面积
3、吸附热力学研究
①吸附等温线模型及测定
传统的Langmuir 和Freundlich 吸附等温线广泛用于吸附气体或溶液[10]。将实验数据分别与Langmuir吸附等温方程和Freundlich吸附等温方程进行拟合。
将MnO2分别放入五个锥形瓶中，分别配制30ml不同浓度的亚甲基蓝（甲基橙）溶液，恒温振荡8小时，直至溶液颜色不再发生变化。离心分离，去除溶液中的吸附剂，用分光光度计在最大吸收波长（亚甲基蓝为663nm)处测得其吸光度A）。平衡吸附量可由式（1）计算得到，去除率可由式（2）计算得到。
qe=(Co-Ce)V/m (1)
式中：qe平衡吸附量（mg/g）；
Co溶液的初始浓度（mg/L）；
Ce溶液的平衡浓度(mg/L)；
m 吸附剂的质量(mg)；
V 溶液的体积(L）。
R=(Co-Ct) / Co （2）
式中：R 吸附率（%）；
Co溶液的初始浓度（mg/L）；
Ct不同时间溶液的浓度(mg/L)；
4、吸附动力学测定
将一定质量的MnO2放入锥形瓶中，加入30ml浓度为20mg/L的亚甲基蓝（甲基橙）溶液，恒温25℃振荡，在不同时间处取样并离心分离，测定上层清液的吸光度。在不同时间处的吸附量可由（3）式计算得到。
qt=(Co-Ct)V/m (3)
式中：q不同时间的吸附量（mg/g）；
C溶液的初始浓度(mg/L)；
C不同时间溶液的浓度(mg/L)；
m吸附剂的质量(mg)；
V溶液的体积(mL)。
5、α-，β-及δ-MnO2吸附性能研究
吸附动力学：
①吸附剂用量
②PH值
③吸附时间
吸附热力学：
①吸附等温线
②吸附热力学依据
4. 参考文献
[1] 杨虹，肖迪.城市水污染治理需因地制宜[j].中国科技博览，2012，（15）：191-192
[2] sathy chandrasekhar p. n. pramada . rice husk ash as an adsorbent for methylene blueeffect of ashing temperature [j]. adsorption, 2006，（12）:27-43
[3] maksudur rahman khan ,salatul islam mozumder . methylene blue
5. 计划与进度安排
1.2022年3月2日－3月27日（第5周前）：接受毕业论文任务书，查阅参考文献，完成开题报告。2.2022年3月30日－4月10日（第5-6周）：制定实验方案，做好实验所需仪器设备和化学试剂等各项准备工作,进入实验室。3.2022年4月13日－5月15日（第7－11周）：实验室进行实验，完成实验量的50％左右，接受中期检查。4.2022年5月18日－5月29日（第12－13周）：考察各因素对实验的影响，找到最优化反应条件，完成实验，整理归纳实验数据，进行结果分析与讨论，完成毕业论文草稿。5.2022年6月1日－6月12日（第14-15周）：根据指导教师审阅意见，修改并正式完成论文，按规范要求完成装订提交，由指导教师和评阅教师评审，准备参加毕业论文答辩。6.2022年6月13日毕业论文答辩。
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