水滑石基水凝胶去除水中重金属的应用研究

发布时间：2020-05-03 18:30

【摘要】：从水溶液中去除重金属的方法多种多样,吸附法因其成本低、操作方便、效率高、无二次污染、吸附剂可循环利用等优点越来越受到人们的重视。寻找低成本,易于分离,重复利用性好的吸附剂成为当前的热门研究课题。吸附剂一般为粉末,具有分离困难,难于回收利用等缺点,而具有一定形状的吸附剂,如球形、块状材料,很好的弥补了这些问题。本文以水滑石(LDHs)为基体,合成了两种水滑石基水凝胶微球,通过静态吸附试验、动态柱吸附试验,吸附再生实验以及各种表征手段来研究其对重金属的吸附性能、机理以及实际应用性能,实验结果如下:(1)采用海藻酸钙(CA)固定磁性水滑石(Fe_3O_4/LDH),制备了磁性水滑石海藻酸钙微球(Fe_3O_4/LDH-AM),采用傅立叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能量色散光谱(EDS)、X射线光电子光谱(XPS)和比表面积测定(BET)对所得Fe_3O_4/LDH-AM进行了表征。结果表明,海藻酸盐和LDH的表面基团(羟基、羧基)得以保留,Fe_3O_4/LDH的晶体结构也很完整。通过静态吸附实验和动态柱吸附实验,研究了Fe_3O_4/LDH-AM对水溶液中Cd~(2+)、Pb~(2+)和Cu~(2+)的吸附性能,包括吸附条件影响、动力学、等温线、微观机理和潜在的应用。对吸附动力学数据的拟合符合拟二级动力学方程,等温线数据与Freundlich和Langmuir等温线模型吻合较好。Fe_3O_4/LDH-AM对Cd~(2+)、Pb~(2+)、Cu~(2+)的吸附机理为表面络合和生成碳酸盐沉淀。柱实验的突破曲线与Thomas模型拟合良好,可为实际应用提供理论依据。此外,Fe_3O_4/LDH-AM具有较好的再生和重复利用性能。(2)采用交联法合成聚乙烯亚胺/水滑石(PEI/LDH),并用海藻酸钙将其固定,制成聚乙烯亚胺/水滑石海藻酸钙微球(PEI/LDH-AM),通过XRD、FTIR和XPS对其进行表征,结果表明PEI/LDH-AM具有多种官能团(羟基、羧基、氨基等)。通过静态吸附试验、柱实验和再生实验研究其对水溶液中Cd~(2+)、Pb~(2+)和Cu~(2+)吸附性能和实际应用效果。吸附动力学数据符合拟二级动力学模型,吸附等温线的拟合符合Langmuir模型,吸附机理主要是与羧基、羟基、氨基发生络合反应以及生成碳酸根沉淀。在动态柱吸附实验中,实验的数据与Thomas模型拟合较好。PEI/LDH-AM的再生性能良好,可至少重复使用五次。上述结果表明,Fe_3O_4/LDH-AM和PEI/LDH-AM是一种高效的重金属吸附剂,易分离,重复利用效果好,具有很好的实际应用价值。
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703

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