原位生成氢氧化镁对水溶液中木质素磺酸钠的吸附性能研究

发布时间：2017-07-19 13:20

  本文关键词：原位生成氢氧化镁对水溶液中木质素磺酸钠的吸附性能研究

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【摘要】：木质素磺酸钠(Sodium Lignosulfonate, SLSN)作为一种传统型表面活性剂,常被作为驱油剂应用于油田生产过程中以提高原油的采收率,在此过程中,会产生大量的含有表面活性剂的废水。如果大量的表面活性剂存在于水体中,会引起生态系统短期或长期的变化,对水生动植物和人类都有较大危害,该类废水在排放之前必须经过有效的处理。本文采用可溶性镁盐在碱性条件下原位生成氢氧化镁(Mg(OH)2)纳米颗粒作为吸附剂,处理含有SLSN的模拟废水。原位生成的Mg(OH)2纳米颗粒具有粒径小、比表面积大的特性,同时颗粒表面带有正电荷,通过强的静电作用能够有效的吸附带负电荷的SLSN。本文主要研究了不同吸附条件下例如可溶性镁盐的投加量、溶液pH、SLSN的初始浓度、接触时间、温度和共存的竞争阴离子对SLSN吸附性能的影响；利用扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X-射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和Zeta电势等测试手段对Mg(OH)2纳米颗粒吸附SLSN前后的表面形态、内在结构和表面特性进行了表征,结合Visual MINTEQ化学平衡模拟软件对其吸附机理进行了深入的探讨。研究结果表明：(1)在碱性条件下原位生成无定形的Mg(OH)2纳米颗粒,除了氢氧化钠(NaOH)外,氢氧化钙(Ca(OH)2)也可以作为碱,创造碱性环境原位生成Mg(OH)2纳米颗粒,相比于NaOH, Ca(OH)2价廉易得,在实际工业废水处理中可以降低处理成本,且同样能够达到较好的处理效果。(2)XRD结果可以看出基线低平且峰形尖锐,表明原位生成的Mg(OH)2纳米颗粒具有较高的纯度,吸附反应发生后,由于SLSN分子吸附在Mg(OH)2颗粒表面,导致衍射峰强度变弱。(3)对照吸附前后的FT-IR谱图,吸附了SLSN的谱图上出现了S=O和S032--基团的特征吸收峰,结果证实了SLSN分子确实吸附在Mg(OH)2纳米颗粒表面上了。(4)研究结果表明原位生成的Mg(OH)2纳米颗粒对SLSN具有很好的吸附效果,可溶性镁盐的投加量、溶液的pH值、接触时间以及温度对SLSN的吸附效果有很大影响,吸附实验的最佳pH值为10.5,可溶性镁盐的最佳投加量为2.0g/L,接触时间90s即可达到吸附平衡,且SLSN的吸附率可达90%以上。(5) Visual MINTEQ化学平衡模拟软件分析数据表明可溶性镁盐随溶液pH值的改变会呈现出不同的存在形态例如Mg2+, MgOH+和Mg(OH)2,由于表面电荷密度的改变,这些不同的存在形态对SLSN的吸附起着至关重要的作用。(6)利用Langmuir和Freundlich两个经典的吸附等温模型对实验数据进行拟合,发现Freundlich吸附等温线能更好地描述SLSN的吸附行为,SLSN分子在Mg(OH)2纳米颗粒上的吸附行为属于多层吸附；热力学研究表明,原位生成的Mg(OH)2纳米颗粒对SLSN的吸附是放热反应,温度升高不利于吸附反应的进行。(7)解吸实验表明,解吸后的SLSN的分子结构未发生明显变化,可以对其进行回收利用。(8)废水中通常都会共存着一些竞争阴离子例如N03-,HCO3-,H2PO4和SO42-,我们考察了这些竞争阴离子的存在对SLSN吸附效率的影响,结果表明N03-, HCO3-和H2PO4-的存在对SLSN的吸附效率没有产生明显的改变,而SO42-的存在会使SLSN的吸附效率略微降低,表明原位生成的Mg(OH)2纳米颗粒对SLSN具有很高的吸附选择性,共存的竞争阴离子不会对SLSN吸附效率产生明显影响。
【关键词】：原位 吸附 表面活性剂 纳米颗粒
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X741;O647.3
【目录】：

• 摘要9-11
• Abstract11-13
• 第一章 前言13-25
• 1.1 表面活性剂废水13-16
• 1.1.1 表面活性剂13-14
• 1.1.2 表面活性剂废水的危害14-15
• 1.1.3 木质素磺酸钠15-16
• 1.2 表面活性剂废水的处理方法16-23
• 1.2.1 泡沫分离法16-17
• 1.2.2 膜分离法17
• 1.2.3 生物法17-18
• 1.2.4 催化氧化法18-19
• 1.2.5 混凝法19-20
• 1.2.6 吸附法20-23
• 1.3 本文的研究内容及意义23-24
• 1.3.1 研究内容23
• 1.3.2 研究意义23-24
• 1.4 本文的主要创新点24-25
• 第二章 实验材料与方法25-30
• 2.1 实验材料25-26
• 2.1.1 实验药品25
• 2.1.2 实验仪器和设备25-26
• 2.2 实验方法26-27
• 2.2.1 SLSN的分离提纯26
• 2.2.2 原位生成Mg(OH)_2纳米颗粒26
• 2.2.3 SLSN储备液的配制26
• 2.2.4 吸附实验26-27
• 2.2.5 解吸实验27
• 2.3 样品的表征实验27-30
• 2.3.1 扫描电子显微镜27-28
• 2.3.2 高分辨透射电子显微镜28
• 2.3.3 X-射线衍射28
• 2.3.4 傅里叶变换红外光谱28
• 2.3.5 Zeta电势和等电点测定28-30
• 第三章 原位生成的Mg(OH)_2纳米颗粒对木质素磺酸钠溶液的吸附性能研究30-53
• 3.1 SLSN标准曲线的绘制30-31
• 3.2 样品的表征31-36
• 3.2.1 SEM31
• 3.2.2 HRTEM31-32
• 3.2.3 XRD32-33
• 3.2.4 FT-IR33-34
• 3.2.5 Zeta电势和等电点测定34-36
• 3.3 原位生成的Mg(OH)_2颗粒对SLSN吸附性能的研究36-44
• 3.3.1 溶液pH对吸附效率的影响36-38
• 3.3.2 MgCl_2投加量对吸附效率的影响38-40
• 3.3.3 接触时间和SLSN初始浓度对吸附效率的影响40-41
• 3.3.4 共存的竞争阴离子对吸附效率的影响41-43
• 3.3.5 不同类型的碱原位生成Mg(OH)_2颗粒对SLSN吸附效率的影响43-44
• 3.4 吸附热力学研究44-48
• 3.4.1 吸附等温线44-46
• 3.4.2 热力学参数46-48
• 3.5 吸附动力学研究48-50
• 3.5.1 准一级动力学模型48
• 3.5.2 准二级动力学模型48-49
• 3.5.3 动力学参数49-50
• 3.6 解吸实验结果研究50-51
• 3.7 实际废水处理51-53
• 第四章 结论与展望53-55
• 4.1 研究结论53-54
• 4.2 研究展望54-55
• 参考文献55-62
• 致谢62-63
• 攻读学位期间发表的学术论文63-64
• 附件64

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本文编号：563114