复合改性膨润土的制备及对镉的吸附应用研究

发布时间：2017-08-24 09:38

  本文关键词：复合改性膨润土的制备及对镉的吸附应用研究

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【摘要】：随着人类社会的不断发展与进步,水成为越来越重要的资源。但是在工业、农业生产以及城市生活中,大量含有重金属的污水未经处理或者处理后未达到排放标准便直接排放到水体中,致使河流或湖泊等水体中重金属超标,实际可用的洁净水源大量减少。因此,水体中重金属污染的治理已经迫在眉睫。膨润土是一种天然粘土矿物材料,储量丰富,对重金属具有一定的吸附固定能力。在综述了水体重金属污染现状及危害,膨润土性质、改性及其应用研究进展的基础上,制备了3-氨丙基三乙氧基硅烷和硅酸钠复合改性的膨润土,并应用于废水中镉的吸附去除。主要研究工作及成果如下：1、采用溶液法,以3-氨丙基三乙氧基硅烷为主要改性剂,硅酸钠为辅助改性剂,制备了复合改性膨润土(M-Bt)。复合改性膨润土的最佳制备条件是：膨润土和3-氨丙基三乙氧基硅烷(γ-APS)的质量体积比(g/mL)为1:1、硅酸钠用量为膨润土用量的10%、反应液固比(mL/g)为40：1、在室温下搅拌反应1 h。红外光谱分析(FT-IR)、X-射线衍射分析(XRD)、热重分析(TG-DTG)对改性前后膨润土的结构表征结果表明：γ-APS成功插入膨润土层间,并呈现双分子层排列。改性后膨润土表面亲水性降低。2、讨论了M-Bt对Cd(Ⅱ)的吸附性能。在M-Bt用量为5 g/L、溶液pH为6.5、离子强度为0.1mol/L KNO3介质、室温条件下,M-Bt对Cd(Ⅱ)的饱和吸附容量为35.7 mg/g,而在相同条件下钙基膨润土对镉的饱和吸附容量仅为1.38mg/g, M-Bt对Cd(Ⅱ)的吸附能力较钙基膨润土有显著提高。得到的复合改性膨润土可望作为重金属镉污染水体的处理剂。3、通过热力学和动力学吸附试验讨论了M-Bt对Cd(Ⅱ)的吸附机理。M-Bt对Cd(Ⅱ)的吸附符合Langmuir等温方程,相关系数都达到0.99以上。热力学参数(△G=-18.19 KJ/mol、△H=17.24 KJ/mol, △S=118.88 J/mol·K)表明吸附过程是一自发的吸热过程,升温有利于反应的进行,M-Bt对Cd(Ⅱ)的吸附属于化学吸附过程。不同Cd(Ⅱ)浓度的吸附动力学行为可以用准二级动力学方程来描述,相关系数都达到了0.99以上。在M-Bt对Cd(Ⅱ)的吸附过程中,化学吸附速率控制步骤占主导地位,这种化学吸附作用还受吸附剂表面性质的影响。4、采用降流式固定吸附柱(简称吸附柱),对钙基膨润土和复合改性膨润土进行动态吸附Cd(Ⅱ)的实验研究,得到动态吸附过程中膨润土用量(m)、吸附液中Cd(Ⅱ)的初始浓度(c0)、国标《GB 8978-1996污水综合排放标准》规定的Cd(Ⅱ)排放标准(0.1 mg/L)以及经一次处理后直接排放量(V)之间的废水处理数学模型为模拟含Cd(Ⅱ)废水经一次处理后直接排放量与吸附剂用量呈正相关,与废水中Cd(Ⅱ)初始浓度呈负相关性。建立的含Cd(Ⅱ)废水处理模型对M-Bt处理含Cd(Ⅱ)废水的放大实验提供理论指导。
【关键词】：复合改性膨润土 镉 吸附机理 动态吸附模型
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703;TQ424
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 引言10-20
• 1.1 研究背景及选题依据10-11
• 1.1.1 重金属污染10
• 1.1.2 水体重金属污染现状及危害10-11
• 1.2 国内外研究现状11-18
• 1.2.1 水体重金属污染治理现状11-13
• 1.2.2 膨润土应用于水体重金属污染的治理研究13-16
• 1.2.3 膨润土的改性研究16-18
• 1.3 本课题研究任务18-20
• 1.3.1 研究目的18-19
• 1.3.2 研究内容19-20
• 第2章 实验部分20-24
• 2.1 实验材料及仪器20-21
• 2.1.1 实验室用膨润土20
• 2.1.2 主要试剂与仪器20-21
• 2.2 实验方法21-22
• 2.2.1 镉的测定方法21
• 2.2.2 复合改性膨润土的制备21-22
• 2.2.3 静态吸附实验22
• 2.2.4 动态吸附实验22
• 2.3 结构表征22-24
• 第3章 复合改性膨润土的制备及结构表征24-32
• 3.1 复合改性的设计思路24-25
• 3.2 复合改性膨润土的制备工艺研究25-29
• 3.2.1 硅酸钠用量的选择25-26
• 3.2.2 γ-APS用量的选择26
• 3.2.3 改性液固比的影响26-27
• 3.2.4 改性pH的影响27-28
• 3.2.5 改性温度的影响28
• 3.2.6 改性时间的影响28-29
• 3.3 复合改性膨润土的表征29-31
• 3.3.1 FTIR分析29
• 3.3.2 XRD分析29-30
• 3.3.3 TG-DTG分析30-31
• 3.4 本章小结31-32
• 第4章 复合改性膨润土对镉的静态吸附行为探讨32-41
• 4.1 吸附条件对复合改性膨润土吸附性能的影响32-35
• 4.1.1 pH对吸附的影响32
• 4.1.2 吸附剂用量的影响32-33
• 4.1.3 离子强度的影响33-34
• 4.1.4 温度对吸附的影响34
• 4.1.5 时间对吸附的影响34-35
• 4.2 饱和吸附容量实验35
• 4.3 吸附热力学研究35-38
• 4.3.1 吸附热力学参数37-38
• 4.4 吸附动力学研究38-40
• 4.5 本章小结40-41
• 第5章 复合改性膨润土对镉的动态吸附行为探讨41-50
• 5.1 动态吸附条件的设定41-42
• 5.1.1 脱脂棉动态吸附条件设定41-42
• 5.1.2 钙基膨润土动态吸附条件设定42
• 5.1.3 复合改性膨润土动态吸附条件设定42
• 5.2 动态吸附讨论42-48
• 5.2.1 脱脂棉动态吸附42-43
• 5.2.2 钙基膨润土动态吸附43-44
• 5.2.3 复合改性膨润土动态吸附44-48
• 5.3 动态吸附模型48-49
• 5.4 本章小结49-50
• 结论50-51
• 致谢51-52
• 参考文献52-59
• 攻读学位期间取得学术成果59

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本文编号：730572