随着社会和化学工业的发展,染料行业的发展形势良好。但染料进入水体会造成严重的水污染问题,也会破坏环境生态系统和危害人类健康。染料废水是全球最显眼且最难治理的环境问题之一,因此亟需寻求有效可行的方法来处理染料废水,从而缓解水资源危机。黏土矿物因其经济和环境优势,已被作为吸附剂广泛应用于染料废水治理,但通常其处理能力有限。通过纳米材料修饰可改善其理化性质和提升其废水处理能力。根据以往研究发现,石墨烯材料修饰可增加原材料的比表面积进而提高材料吸附性能,纳米银需要固体支撑载体来改善其稳定性和催化活性。基于此依据,本课题选择了吸附性能强的石墨烯材料和具有催化特性的纳米银用于黏土矿物修饰,从而制备了不同的复合材料分别作为吸附剂和催化剂。同时,通过一系列试验分别调查了制备的复合材料对染料废水的吸附和催化性能。本研究可为开发新型黏土矿物复合材料以及解决吸附剂和催化剂的缺陷提供理论依据,也有利于开发和利用黏土矿物资源,并扩展黏土矿物的环境应用途径。本文的具体工作内容和主要试验结果如下:(1)通过不同的简易合成方法制备了四种样品材料,分别为氧化石墨烯修饰高岭土(GO-kaolin),石墨烯材料杂化聚多巴胺包覆高岭土(PDA-rGO-kaolin),聚多巴胺包覆高岭土负载纳米银(PDA-kaolin-Ag)和木质素磺酸盐功能化高岭土负载纳米银(LS-kaolin-Ag)。对样品进行透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、BET比表面积等表征测定确定了复合材料的制备成功。(2)根据氧化石墨烯的含量比重,将GO-kaolin样品分别命名为2%GK、5%GK和10%GK。为探究GO-kaolin样品对染料废水的吸附性能,以亚甲基蓝为模式染料污染物开展了批量吸附试验。吸附结果表明,氧化石墨烯修饰可促进高岭土对亚甲基蓝的吸附效率,且对亚甲基蓝的吸附亲和性关系为kaolin<2%GK<5%GK<10%GK,归因于氧化石墨烯含量增加可以提高复合材料的比表面积和增加吸附位点。当亚甲基蓝浓度为20 mg/L时,高岭土对染料的去除率只有16.04%,而10%GK对染料的去除率可高达92.00%,增加了4.74倍。对吸附试验数据进行分析可发现GO-kaolin样品对亚甲基蓝的吸附符合拟二级动力学模型;朗格缪尔等温线模型可解释其吸附行为。再者,氧化石墨烯修饰可以改变高岭土对亚甲基蓝的吸附过程。结果表明氧化石墨烯修饰可通过改变高岭土表面性能来显著促进其对亚甲基蓝染料的吸附能力。(3)为探索进一步提高聚多巴胺包覆材料对染料去除性能的方法,合成了聚多巴胺包覆高岭土(PDA-kaolin)的石墨烯杂化材料(PDA-rGO-kaolin),并开展了一系列亚甲基蓝吸附的对比试验。BET测试表明PDA-kaolin的比表面积仅为8.65m~2/g,而PDA-rGO-kaolin的比表面积可达35.35 m~2/g,增加了3.1倍。在各种染料溶液条件下,PDA-rGO-kaolin对亚甲基蓝的吸附效果均优于PDA-kaolin,主要归因于引入石墨烯材料可增加PDA-kaolin比表面积以及增强材料与染料分子之间π-π作用力。拟二级动力学模型和朗格缪尔等温线模型分别可以更好地描述其吸附动力学和吸附行为。与PDA-kaolin吸附相比,PDA-rGO-kaolin对亚甲基蓝的最大吸附容量更高,为39.663 mg/g。温度试验表明,两种吸附剂对亚甲基蓝的吸附过程均是自发吸热过程。再者,PDA-rGO-kaolin对亚甲基蓝吸附显示较好的再生性能。上述结果表明引入石墨烯材料是促进聚多巴胺包覆材料去污性能的一种有效方法。(4)通过原位还原方法,利用聚多巴胺的还原性将纳米银颗粒负载在聚多巴胺包覆高岭土上。对不同含量聚多巴胺修饰材料进行催化试验,结果明确了聚多巴胺修饰量增加可以提高纳米银的负载量,从而促进对罗丹明B的催化还原效率。当多巴胺浓度为2 mg/L和银氨溶液浓度为10 mg/L时,在硼氢化钠存在下,10 mg催化剂材料可在9 min内完成对罗丹明B(50 mL,20 mg/L)的脱色反应。合成的PDA-kaolin-Ag对罗丹明B的催化还原反应符合拟一级动力学。再者,PDA-kaolin-Ag对罗丹明B的催化还原具有很好的稳定性和可重用性。该复合材料对其它染料包括亚甲基蓝,刚果红和甲基橙也展现较好的催化性能。结果表明PDA-kaolin-Ag可以作为有效的催化剂用于各种染料废水处理。(5)在无额外添加还原剂和稳定剂条件下,通过简单的还原方法将纳米银颗粒固定在木质素磺酸盐功能化高岭土上。为探究LS-kaolin-Ag对染料的催化还原性能,开展了其对阳离子染料罗丹明B和阴离子染料刚果红的催化试验。LS-kaolin-Ag对两种染料的催化反应趋势相似,合适的催化剂剂量条件均可以使染料发生快速脱色反应。该催化剂材料对两种染料的催化效率在5次反应后只有小幅度降低。结果表明LS-kaolin-Ag作为催化剂在处理染料废水中有很大潜力。全文研究以高岭土为基础材料从染料吸附和催化两个方面开展了相关工作,明确了不同功能纳米材料的作用,为今后选择黏土矿物复合材料的环境应用方式提供了理论依据。