镍在蒙脱石中吸附与含重金属阳离子蒙脱石的解吸附产物及机制研究

发布时间：2020-06-01 05:13

【摘要】：蒙脱石由于其良好的层间阳离子交换能力、比表面积较大、化学性质稳定、环境友好等优点而被广泛应用于治理环境中重金属污染。前人的研究主要针对于探索提升蒙脱石吸附性能所需达成的条件、提高其利用效率,而对吸附过程中重金属阳离子赋存位置关注较少。镍被广泛应用于电镀、钢铁、催化剂等行业,人体摄入过多的镍会引起中枢性循环和呼吸紊乱,是一种强致癌物质,也是白血病的致病因素之一。因此,理解镍与蒙脱石之间的迁移机制,对于保护生态环境、维持人体健康有着较大意义。本文研究了钠基蒙脱石吸附Ni2+后以及产物经过500℃热处理后的结构变化,采用了X射线荧光光谱术(XRF)、粉末X射线衍射术(XRD)、电子顺磁共振谱术(ESR)、傅里叶变换红外吸收光谱术(FTIR)以及拓展X射线吸收精细结构谱术(EXAFS)等分析手段测试了固体产物的特征,并利用电感耦合等离子体原子发射光谱术(ICP-AES)分析了吸附残余液的化学组成。吸附残余液的化学分析结果表明溶液中Ni2+的量显著降低,同时又检测到一定量的Na+、Mg2+等离子,而XRD结果显示001面网间距由12.5A增加到15.0A左右,表明蒙脱石层间发生阳离子交换吸附;EXAFS和ESR的结果进一步表明吸附反应后Ni2+以[Ni(H20)6]2+的形式存在于蒙脱石的层间域;样品经过500℃加热后产物的XRD结果显示出现类滑石相,因其001面网间距处于滑石和金云母之间,更接近滑石的001面网间距;FTIR结果也显示三八面体型矿物(如金云母和皂石)的3708cm-1的吸收肩,表明加热促使Ni2+进入到蒙脱石的八面体位置。此外,本文还探讨了吸附重金属阳离子后的蒙脱石在不同条件下发生的解吸附行为差异。结果证明在酸性条件下,蒙脱石释放金属阳离子量明显多于在碱性条件下的解吸附。
【图文】：

示意图,单元,示意图,八面体片

蒙脱石是２：邋１型的层状硅酸盐粘土矿物，属于单斜晶系，空间群Ｃ２／ｍ，对称型逡逑Ｌ２ＰＣ。其结构层由两个硅氧四面体和处于两个四面体层间的铝（镁）氧（羟基）逡逑八面体片组成（如图１－１），其理论结构式为（Ｃａｍ，邋Ｎａ）0．３３邋（Ａｌ，邋Ｍｇ，邋Ｆｅ）２邋（Ｓｉ，逡逑Ａｌ）邋４０１Ｇ邋（ＯＨ）邋ｒｎＨ２0ｔ３６］。天然产出的蒙脱石，根据结构层间的水合阳离子种类逡逑分为钙基蒙脱石（层间阳离子以Ｃａ２＋为主）和钠基蒙脱石（层间阳离子以Ｎａ＋为逡逑主）。层间水的含量不固定，受所处环境的温度、湿度以及层间阳离子的种类影逡逑响。其晶体结构的基本单元为两层四面体片（Ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ邋ｓｈｅｅｔ）和一层八面体片逡逑（Ｏｃｔａｈｅｄｒａｌ邋ｓｈｅｅｔ）组成的三明治型结构（ＴＯＴ），其中四面体片层是由位于同一逡逑平面的硅氧四面体的三个底氧和相邻的硅氧四面体的底氧共用而组成的形似六逡逑方环网格的硅氧片；八面体片层是以铝（镁）为中心原子，并与彼此顶点相对的逡逑四面体的四个顶氧位于同一个平面的两个羟基构成六配位的铝（镁）氧（羟基）逡逑八面体，这些八面体之间共用氧原子（羟基）相连，组成铝（镁）氧（羟基）八逡逑面体层［３７］。逡逑Ｅｘｃｈａｎｇｅａｂｌｅ邋ｃａｔｉｏｎｓ逡逑ｎＨ．Ｏ逡逑图１－１．蒙脱石结构单元示意图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－１邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｍｏｎｔｍｏｒｉｌｌｏｎｉｔｅ逡逑６逡逑

蒙脱石,水分子,层间

２０１８年５月逦申请硕士学位论文逦朱强逡逑成ｏｉ分别为邋１５．４３８Ａ、１５．１７２Ａ、１５．３８４Ａ、１５．５４８Ａ。成0１邋由邋１２人到邋１５Ａ左右的增大逡逑说明吸附反应之后，Ｎｉ２＋进入到了蒙脱石的层间位置。（０６０）面网族的衍射谱图逡逑如图３－１所示，反应前后的洗６0均为１．４９６Ａ，，强度略有减弱。逡逑蒙脱石的ＴＯＴ层高度为９．６Ａ，经计算可以得出Ｎｉ２＋与水分子形成二层水分子逡逑配位的形式存在于层间域。六配位Ｎｉ２＋的有效离子半径为０．６９Ａ，水分子的有效离逡逑子半径为邋１．３５Ａ，邋［Ｎｉ（Ｈ２０）６］２＋按照Ｌ４、Ｌ３、Ｌ２的高度分别为６．７８邋Ａ、５．０６Ａ、５．５８Ａ；逡逑若［Ｎｉ（Ｈ２０）６］２＋按照这三个方向在蒙脱石层间直立存在，则其洗0！应该分别为逡逑１６．３８Ａ、１４．６６Ａ、］５．１８Ａ。因此，可以得出［Ｎｉ（Ｈ２０）６］２＋在蒙脱石层间均以与ＴＯＴ逡逑层以一定角度斜交的方式存在。逡逑．４
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703

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