石墨烯負載零價納米鐵去除水中重金屬的研究.pdf

1、水污染的主要來源包括無機及有機污染物，例如：營養(yǎng)鹽、重金屬及持久性有機污染物等。在這些污染物中，由于重金屬具有廣泛的來源、不可降解性及高毒性，被認為是最重要的一類污染物。Pb和Cd毒性較大，且常被用于電池制造業(yè)、顏料、燃料、農(nóng)業(yè)、攝影材料及炸藥等，因此Pb和Cd污染的治理與修復至關(guān)重要。本研究通過化學沉積法制備還原氧化石墨烯負載零價納米鐵復合材料，并采用掃描電鏡、X射線衍射儀、拉曼光譜儀、氮氣吸附、X射線光電子能譜儀及傅里葉變換紅外光譜

2、儀等技術(shù)對其進行表征。其次，應用響應面及人工神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)合遺傳算法模型對去除Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的實驗參數(shù)（溫度、pH、初始濃度和反應時間）進行建模及優(yōu)化。通過比較神經(jīng)網(wǎng)絡模型的均方誤差來確定隱含層中神經(jīng)元個數(shù)。對比響應面及人工神經(jīng)網(wǎng)絡遺傳算法預測Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)去除率的精度選擇更適合的模型來模擬和優(yōu)化污染物的去除過程。另外，通過 Langmuir,Freundlich和Dubinin-Radushkevich(D-R)吸附等溫線

3、來定量評價還原氧化石墨烯負載零價納米鐵去除Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的過程，同時進行了范德霍夫方程及動力學模型研究。最后，通過X射線光電子能譜分析來探討還原氧化石墨烯負載零價納米鐵去除Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)機理。
　　響應面結(jié)果顯示Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)二次多項式模型的R2均大于0.99，表明實驗值和預測值具有很好的相關(guān)性。通過響應面預測了Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)去除實驗的最優(yōu)條件分別為：溫度為21.30℃,pH為5.00,初始濃度為4

4、00.00mg/L，反應時間為60.00min；溫度為37.13℃，pH為7.00,初始濃度為20.00mg/L，反應時間為30.00min。在此條件下可獲得Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的去除率分別為100.37％和85.2%，驗證試驗結(jié)果表明在最佳吸附條件下的Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的去除率分別為97.25%和80.36%。Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)響應面模型的預測誤差分別為3.11%和6.47%。
　　對于Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)，神經(jīng)網(wǎng)絡

5、結(jié)合遺傳算法模型的最小均方誤差分別在隱含層神經(jīng)元個數(shù)為6個（0.000257）和4個（0.002461）時獲得，Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)合遺傳算法模型的R2分別為0.9998和0.9999。優(yōu)化得到的最佳去除Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的工藝條件分別為：溫度為25.47℃,pH為5.00,濃度為410.16mg/L,時間為58.60min；溫度為25.31℃，pH為6.48,濃度為20.16mg/L,時間為30.00min,Pb(Ⅱ)

6、和Cd(Ⅱ)模型的預測及實驗去除率分別為98.27%和98.63%，81.50%和82.38%。這兩個模型的預測誤差分別為0.37%和1.08%，由此可知響應面模型的誤差均高于神經(jīng)網(wǎng)絡模型的誤差，表明了神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)合遺傳算法的優(yōu)越性。本文實驗結(jié)果證實了神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)合遺傳算法模型具有滿意的精度來模擬和預測重金屬去除過程。
　　吸附等溫線擬合實驗結(jié)果表明，還原氧化石墨烯負載零價納米鐵去除Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的過程更符合Langmuir吸