高岭石纳米管的制备、微结构调控及其对亚甲基蓝的吸附性能研究

发布时间：2018-01-04 19:06

本文关键词：高岭石纳米管的制备、微结构调控及其对亚甲基蓝的吸附性能研究　出处：《郑州大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：我国拥有丰富的高岭土资源,但目前其多用于陶瓷、造纸、涂料等行业,产品附加值较低,因此,开发具有功能特性、高附加值的高岭土产品,拓展高岭土的应用领域,成为科学工作者面临的一个迫切问题。另一方面,我国工业废水有机物污染现象严重,急需寻找高效、经济的废水处理技术。在此背景下,本文开展了相关的研究工作。首先,以天然高岭石为原料、通过化学插层-超声-微波协同剥片技术制备片状高岭石及其插层复合体,然后通过溶剂热反应制备出高岭石/甲醇插层复合体,再以其为前驱体、通过溶剂热反应来制备出高岭石纳米管(KNTs)。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、红外光谱仪、综合热分析系统、比表面积及孔径分析仪等仪器设备,研究了高岭石的插层、剥片过程,甲醇接枝反应时间、溶剂热时间、表面活性剂种类等对KNTs显微结构的影响规律,以及KNTs的热稳定性。以亚甲基蓝(MB)溶液为模拟废水,研究KNTs对MB的吸附行为、吸附动力学过程等,并对KNTs的再生循环使用性能进行了评价。研究发现,化学插层协同超声、微波处理可实现高岭石的剥片,所得剥片高岭石与原料高岭石的形貌、直径相差不大,但片层厚度显著变薄。随着超声处理时间的延长,剥片高岭石的比表面积呈现先上升后下降的趋势,90 min时效果最佳;微波处理5 min时剥片高岭石的比表面积最大;协同采用化学插层、超声处理90 min和微波处理5 min,可使剥片高岭石的比表面积达到15.32 m2/g,与原料高岭石相比提高7.24 m2/g。随着甲醇接枝高岭石反应时间的延长,所制KNTs的比表面积和孔容逐渐增大,平均孔径逐渐减小。溶剂热反应时间对KNTs的显微结构有重要影响,随着溶剂反应时间的延长,KNTs的比表面积和孔容逐渐增大,平均孔径逐渐减小。溶剂热反应24 h后,KNTs的比表面积达到了57.41 m2/g,孔容为0.263 cm3/g,平均孔径为18.34 nm,且此时纳米管的结构相对完整,形貌和均匀性较好。表面活性剂的碳链长短和阴离子种类对KNTs的显微结构有一定影响,当碳链长度相同时,表面活性剂选用阴离子为Cl-1所制KNTs比选用Br-1的比表面积和孔容要大;而当阴离子相同时,选用碳链长度较长的表面活性剂OTAC所制KNTs比用表面活性剂CTAC的比表面积和孔容略大。煅烧温度对KNTs的显微结构有较大影响。KNTs内的CTAC分子于400°C左右发生分解、脱除,结构羟基于500°C脱除并转变为偏高岭石,但仍保持着较完整的管状结构。KNTs的比表面积和孔容随煅烧温度升高而逐步增大,500°C时达到最大,此后随温度升高逐步减小;平均孔径的变化规律与此相反。KNTs在500°C煅烧后,比表面积、孔容、平均孔径分别为91.74 m2/g、0.320 cm3/g、13.95 nm。KNTs对MB分子的吸附速率较快,25min后即达吸附平衡;对MB分子的去除率随溶液pH值和KNTs吸附剂投入量的增加而增加,随MB溶液初始浓度的升高而减小,而吸附温度的影响不明显。该吸附过程契合准二级动力学模型;且吸附等温线模型契合Langmuir吸附等温线模型。KNTs具有良好的再生和循环再生使用性能,400°C煅烧2 h可实现其吸附性能的恢复;循环吸附-脱附5次后,其对MB的去除率仍高达80.73%。
[Abstract]:In this paper , we have studied the influence of kaolinite in the fields of ceramic , paper , paint and so on . The specific surface area and pore volume of KNTs increased with the increase of the reaction time of the solvent . The specific surface area and pore volume of KNTs increased with the increase of the initial concentration of the solvent .

【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.1;O647.3

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