改性膨润土制备及重金属吸附性能研究

发布时间：2020-09-04 15:43

　　近现代工业进步伴随着大量环境污染问题,其环境影响逐渐凸显出来,其中水体受重金属离子污染的问题尤为受公众关注。在众多重金属废水的处理方法中,吸附是一种适用面较广的处理技术。膨润土是一种价格低廉、以蒙脱石为主要成分的黏土矿物材料,在废水的吸附处理中得以应用。但存在的问题是,要想从废水中分离提取重金属,则需要提高膨润土对重金属离子吸附的选择性和吸附及再生效率。针对这一问题,本论文以钠基膨润土为原材料探索对膨润土的多种改性制备方法,采用XRD、FT-IR、SEM、BET等对改性膨润土进行综合性能表征,并探索了改性膨润土对重金属离子的吸附性能及被吸附后重金属离子的脱附再生性能,并对改性后膨润土的吸附机理进行了探讨。主要得到以下研究结果:(1)以十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)为改性剂对钠基膨润土进行改性制备有机改性膨润土。通过性能表征发现有机改性膨润土的层间距明显增大且保持膨润土原有结构,形貌无明显卷曲现象,层状结构更加松散。有机改性膨润土对Cd~(2+)、Cu~(2+)进行吸附性能的研究发现在不同实验条件下有机改性膨润土对Cd~(2+)的吸附去除效果比较好。对有机改性膨润土吸附后的Cd~(2+)、Cu~(2+)进行再生性能研究发现,相比之下,氨水对Cu~(2+)的再生效果比Cd~(2+)的强,但两者再生率均不高;柠檬酸对Cu~(2+)的再生效果比Cd~(2+)强,且当柠檬酸浓度为0.5mg/L时对Cu~(2+)的再生率达到79.1%。有机改性膨润土对Cd~(2+)更符合Langmuir吸附模型。(2)采用十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)+十二烷基硫酸钠(SDS)阴阳离子复合改性的膨润土层间距增大到1.998nm,片状结构疏松且舒张,孔隙度增加;对Cd~(2+)的吸附去除率在120min时达到最大,吸附剂投加量为0.2g时Cd~(2+)去除效果最好。为了强化分离效率,研究还采用FeCl3·6H2O为磁源改性得到磁改性膨润土,通过XRD性能表征发现层间距增大为1.402nm,有膨润土、Fe3O4的衍射特征峰存在;磁改性膨润土对Cd~(2+)、Cu~(2+)的去除速度快且对Cd~(2+)的吸附去除效果更强;不同pH条件下磁改性膨润土对Cd~(2+)、Cu~(2+)去除效果不同,pH为6时吸附去除效果最好。(3)采用磺化煤油中分散三辛胺制取膜相后在有机改性膨润土上进行覆盖得到覆膜有机改性膨润土。通过性能表征发现覆膜有机改性膨润土的层间距增加至2.107nm,形貌呈现平整层状结构且松散,表面明亮且有明显的油状薄膜存在。覆膜有机改性膨润土对Cd~(2+)、Cu~(2+)进行吸附性能研究发现在不同实验条件下覆膜有机改性膨润土对Cd~(2+)的吸附去除效果较好。对覆膜有机改性膨润土吸附后的Cd~(2+)、Cu~(2+)进行再生性能研究发现,氨水对Cu~(2+)的脱附速度很快,在2min时便达到最大为50.2%;柠檬酸在浓度为0.05mg/L时对Cu~(2+)的再生率达到75.5%,却对Cd~(2+)的再生率均不超过20%。覆膜有机改性膨润土对Cd~(2+)更符合Langmuir吸附模型。
【学位单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ424;X703
【部分图文】：

标准曲线,标准曲线,火焰原子吸收法,原子吸收

本论文中不同改性膨润土吸附Ｃｄ２＋、Ｃｕ２＋后，上清液中的Ｃｄ２＋、Ｃｕ２＋的浓逡逑度均采用火焰原子吸收法进行测定。标准系列利用Ｃｄ２＋、Ｃｕ２＋标准溶液稀释至逡逑一定浓度制得。Ｃｄ２＋、Ｃｕ２＋分别的原子吸收标准曲线（图２．１和２．２）。逡逑０．５邋逦逡逑■逡逑ｙ邋＝邋０．１１８２ｘ－０．００９７逡逑Ｒ２邋＝邋０．９９９逡逑０．３邋－逡逑ｔｏ逡逑＜逦＂逡逑０．２邋－逡逑０．１邋－邋■逡逑■逡逑０．０邋逦逦逦１逦＇逦１逦＇逦＇逦逦逦１逦逡逑０逦１２逦３逦４逡逑ｃ邋（Ｃｄ２＋）邋／邋（ｍｇ／Ｌ）逡逑图２．１邋Ｃｄ２＋标准曲线逡逑Ｆｉｇ．２．１邋Ｔｈｅ邋ｓｔａｎｄａｒｄ邋ｃｕｒｖｅ邋ｆｏｒ邋Ｃｄ２＋逡逑１４逡逑

标准曲线,标准曲线,火焰原子吸收法,原子吸收

曲线图,有机改性膨润土,钠基膨润土,图谱

图３．１邋ＸＲＤ图谱，ａ：钠基膨润土；邋ｂ：有机改性膨润土逡逑Ｆｉｇ．３．１邋Ｔｈｅ邋ＸＲＤ邋ｐａｔｔｅｒｎｓ，邋ａ：邋ｂｅｎｔｏｎｉｔｅ；邋ｂ：邋ＣＴＭＡＢ－Ｂ逡逑在Ｘ射线衍射图中（图３．１），ｄ值表示层间距的大小，数据库中的钠基膨逡逑润土层间距为１．２５３ｎｍ，本实验中采用的钠基膨润土层间距为１．２２７ｎｍ，有机逡逑改性后的膨润土层间距为１．９７２ｍｎ，采用十六烷基三甲基溴化铵改性后ｄ层面逡逑衍射角均向低角度方向偏移，层间距ｄ从１．２２７ｎｍ增加到１．９７２ｎｍ，说明有机逡逑改性剂己进入到膨润土内部。有机改性后层间距增加的原因是［％有机改性剂的逡逑碳链离子因膨润土的离子交换作用进入到膨润土的结构层间，有机改性剂的碳逡逑氢键因范德华力的存在而与膨润土晶体结构上存在的强非极性的质点发生吸附逡逑作用而结合在一起。该作用致使膨润土晶体结构层间所带的正电荷增多，这样逡逑膨润土的晶体结构的层间由于同种电荷的相互排斥作用增大扩大了结构的层间逡逑距ｄ。逡逑３．２．２邋ＦＴ－ＩＲ邋分析逡逑将钠基膨润土和有机改性膨润土分别进行红外光谱测试。逡逑在红外光谱曲线图中（图３．２）发现，改性前后两种土都具有膨润土的特征逡逑峰，但与钠基膨润土相比较，有机改性膨润土光谱的峰发生了发生了一定的变逡逑化

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