随着社会经济和工业水平的迅猛发展,生态环境遭受了严重的破坏,如何防治污染、保护自然环境已成为制约社会进步的焦点问题。本文以黔西大方坡缕石为载体制备Fe₃O₄/坡缕石复合材料,将其应用于环境水污染治理中。运用XRD、XRF、BET、Zeta电位、SEM、FTIR、TOF以及长径比等多种表征手段研究了Fe₃O₄/坡缕石复合材料的制备方法及其降解性能,主要研究内容如下:(1)采用超声共沉淀方法成功制备出Fe₃O₄/坡缕石复合催化剂材料,并研究了制备条件对复合材料中纳米Fe₃O₄晶体粒度的影响因素。升高制备温度会加大Fe₃O₄晶体粒度,减小Fe₃O₄负载比会降低Fe₃O₄晶体粒度,且负载比对晶体粒度的影响程度大于制备温度。(2)运用多种分析手段对复合材料进行表征。其中XRD分析显示复合材料中出现Fe₃O₄的特征衍射峰;FTIR分析发现复合材料中增加了Fe OOH和Fe-O键的特征峰;TOF分析得出,复合材料与纯化坡缕石的表面元素组成相比,其Fe含量明显增加,且Fe元素分布与坡缕石特征元素Mg密切相关;XPS测试到了复合材料中Fe₃O₄的Fe 2p_2/3和Fe 2p_1/3特征峰,以及坡缕石的Mg(OH)₂和Mg O特征峰;XRD结合电镜分析技术测定了复合材料中的Fe₃O₄粒径在5-6nm左右。这些表征结果证明Fe₃O₄在坡缕石表面能够成功负载,且其晶体粒度为纳米级。(3)使用复合材料对亚甲基蓝(MB)模拟的有机污染物废水进行了催化降解实验研究。复合材料的降解效果随反应温度的升高而提高,随着p H值的增大而降低;在低H₂O₂浓度下材料的降解效果良好,当H₂O₂浓度为0.02mol/L时复合材料可在10min内将MB降解91.30%以上。研究了复合材料的重复使用性能,实验发现Fe₃O₄负载比为25%的复合材料在[MB]₀=100mg/L,初始p H值6,反应温度40℃,材料用量5g/L,[H₂O₂]=0.02mol/L的反应条件下重复使用20次后,制备好的复合材料对亚甲基蓝(MB)的降解率依然保持在86.44%以上。(4)对重复使用后的复合材料进行表征。通过XRD研究发现,重复使用后的材料中Fe₃O₄含量减少,但其Fe₃O₄晶体粒度变大;TOF及STEM分析发现重复使用后的材料中坡缕石与Fe₃O₄之间的结合紧密度下降,说明复合材料使用寿命与坡缕石-Fe₃O₄之间的结合程度密切相关;VSM分析证明重复使用10次后的复合材料依旧具有超顺磁性。(5)通过等温吸附模型研究,发现坡缕石复合材料对亚甲基蓝(MB)的吸附过程较好地符合Temkin等温吸附模型;经Lagergren一级、二级动力学拟合并经Azizian理论验证发现,该吸附过程较好地符合一级吸附速率方程,其吸附过程中颗粒内扩散不是唯一的控制步骤。热力学研究发现,该吸附过程是一种自发进行的吸热过程,增温有利于吸附的进行。(6)经过分子动力学模拟,分别构建了磁铁矿和坡缕石对亚甲基蓝的吸附模型。发现在坡缕石的(100)面上亚甲基蓝分子可以在<3ps的极短时间内完成吸附,并保持到平衡状态,且在坡缕石表面平衡吸附有一定量的H₂O₂分子,说明坡缕石可以大幅提高Fenton反应中待降解污染物与H₂O₂分子的接触机会,提高H₂O₂利用率,改善复合材料的降解效果。经过实验分析和机理研究,证明Fe₃O₄/坡缕石是一种制造成本低、催化效果好、降解率高、易于回收且能重复使用的高性能复合催化材料。