酸处理及有机修饰对天然沸石表面疏水性的调控及其机制
发布时间：2021-03-19 05:52
环境污染物的治理是关乎国计民生的重大课题,以天然沸石为代表的多孔矿物及其改性矿物用于环境污染物的治理是当前国内外的研究热点之一。然而,天然沸石较低的硅铝比和较高的羟基含量使其具有较高的亲水性,进而导致其对疏水性污染物的吸附性较差,极大地限制了其在环境污染物处理中的广泛应用。尽管国内外研究者已证实,酸处理及有机修饰改性可有效提高天然沸石的疏水性,但相关研究工作仍非常有限,关于酸处理及有机修饰对天然沸石疏水性的调控效果及机理方面尚缺乏系统地探究。针对这一问题,本论文开展了大量的研究工作,主要研究内容和结果如下:（1）采用硝酸对天然沸石进行处理以提高其硅铝比,通过正交实验确定较佳的酸处理条件为70℃:48 h:8 M;通过控制酸处理浓度、处理时间和温度等调控天然沸石的硅铝比,发展了一种天然沸石硅铝比的定量调控方法;在此基础上,通过控制酸处理浓度获得了 SiO2/Al2O3比为20.0-372.7的沸石。伴随着沸石硅铝比的提高,其比表面积及孔体积显著提高,硅醇基含量有所提高,结晶度明显降低;所得的高硅沸石对水蒸气的吸附量相对于天然沸石降低67%以上,疏水性显著提高。（2）采用十二烷基三甲氧基硅...
【文章来源】：陕西科技大学陕西省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１沸石的结构??ｒｅ－ｒｒ
????陕西科技大学硕士学位论文???架外的铝物种叫。此外，沸石的表面含有大量的羟基ｎ＾，使得沸石具有极好的亲水性，??羟基易于断裂，从而与其他基团发生反应。??图１－１沸石的结构??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｚｅｏｌｉｔｅ??１．２．２沸石的性能??（１）离子交换性??沸石的一个重要的性能是可以进行可逆的阳离子交换（如示意图１－２）?Ｍｍ。沸石的??离子交换性能主要与沸石硅铝比的高低、孔穴的大小和阳离子位置等性质有关。在沸石??结构中，其Ｓｉ／Ａｌ比值越高，则［Ａ丨０４］四面体所形成的负电荷就越少，为了平衡这些电荷??则进入沸石结构中的阳离子也越少，因此离子交换性能越低；反之，Ｓｉ／Ａｌ比值越低，沸??石的离子交换性能越高。例如，Ｘ型沸石的Ｓｉ／Ａｌ为２．１？３．０，单位晶胞中钠离子有８６??个，Ｙ型沸石的Ｓｉ／Ａｌ为３．１？６．０，只含５６个钠离子，因此Ｘ型沸石的离子交换性能高??于Ｙ型沸石。??Ｃａ２＊?＋?Ｎａ［ｚＡ］?????Ｃａ［ｚＡ］＋２Ｎａ＋??图１－２离子交换过程示意图ｉ｜７】??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｉｏｎ?ｅｘｃｈａｎｇｅ?ｐｒｏｃｅｓｓ（Ｉ７］??在沸石的离子交换过程中，常采用离子交换度、离子交换容量和交换效率来表示溶??液中的阳离子被利用的效率。常见的天然沸石，如斜发沸石和丝光沸石等都具有很高的??阳离子交换容量。斜发沸石的理论交换容量为２１３?ｍｍｏ丨／１００ｇ，丝光沸石的理论交换容??量为?２２３?ｍｍｏｌ／１００ｇ。??２??
许多互相连??通的孔穴和孔道，给反应分子自由地在孔穴中扩散创制了有利的条件；骨架中的Ｓｉ，?ＡＩ，??０和骨架外的金属离子一起组成催化活性屮心，由于这些金属阳离子处在高度分散状态，??因而活性和抗毒性比一般的金属催化剂高，使得沸石成为很好的催化剂。??沸石的催化分为Ｂｒｏｎｓｔｅｄ酸催化和Ｌｅｗｉｓ酸催化＂９ｉ。Ｂｒａｎｓｔｅｄ酸位点是分子筛骨架??中高度极化的羟基，其作为质子给体对多种催化反应都很活跃，从而在石油炼制和石油??工业的生物质转化的许多过程中起着重要的作用Ｉ２０＂２”。图１－３是Ｂｒａｎｓｔｅｄ酸催化的反应??作用机理叫。??除了?Ｂｒａｎｓｔｅｄ酸位点外，用四价配位的Ｔｉ、Ｓｎ或Ｚｒ原子代替代替分子筛框架中的??Ｓｉ原子可以产生Ｌｅｗｉｓ酸位点，Ｌｅｗｉｓ酸位点可以从客体分子中获得电子对，促进许多??不能在Ｂｒｏｎｓｔｅｄ酸位点上发生的生物质转化过程反应（图ｌ－４ｉ２４】）。例如，Ｌｅｗｉｓ酸位点??沸石？以用从生物衍生分子合成对苯二甲酸，这是合成聚对苯二甲酸的关键单体。传统??上，对苯二甲酸是由石汕衍生的对二甲苯氧化生产的。Ｐａｃｈｅｃｏ和ＤａｖｉＷ提出了以５－羟??甲基糠醛为原料，大孔Ｌｅｗｉｓ酸分子筛为催化剂合成对苯二甲酸的策略。??〇?會??２，５－Ｄｉｍｅｔｈｙｌｆｕｒａｎ?＾??．＇ｗ??Ｌａｔｉｃ?ａｃｉｄ?／?２－Ｍｅｔｈｙｌｆｕｒａｎ??〇－－〇－＇〇ｈ?－?、ｔｙ之??Ｌａｃｔｉｄｅ?＾?ｐ－Ｘｙｌｅｎｅ?ｑ／?ｎ?Ａｃｅｔｙｌ?ｍｅｔｈｙｌｆｕｒａｎ??＿，＼?Ｈ?〇．ＳＫ??ｆ、。可?〇＞、??图１－３?Ｂｒｏｎｓｔｅｄ酸位点反应【：｜】??Ｆｉｇｕｒｅ
【参考文献】：
期刊论文
[1]土壤调理剂对高磷土壤玉米生长、磷素吸收与形态转化的影响[J]. 方红夏,王茜,卢树昌,新楠,李晨昱. 江苏农业科学. 2019(14)
[2]改性沸石/TiO2的制备及光催化降解亚甲基蓝[J]. 廖刚,苏春雷,何玉明. 人工晶体学报. 2019(04)
[3]生物炭与沸石混施对不同污染土壤镉形态转化的影响[J]. 吴岩,杜立宇,梁成华,张盼,王沛文,郭炜辰. 水土保持学报. 2018(01)
[4]多孔结构矿物(岩石)及其环境修复材料的实用性[J]. 尹琳,陆现彩,胡欢,赵连泽,赵波. 岩石矿物学杂志. 2003(04)
[5]沸石在土壤改良中的应用研究进展[J]. 郝秀珍,周东美. 土壤. 2003(02)
[6]添加钝化剂对污泥堆肥处理中重金属（Cu,Zn,Mn）形态影响[J]. 李国学,孟凡乔,姜华,史雅娟. 中国农业大学学报. 2000(01)
本文编号：3089154
【文章来源】：陕西科技大学陕西省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１沸石的结构??ｒｅ－ｒｒ
????陕西科技大学硕士学位论文???架外的铝物种叫。此外，沸石的表面含有大量的羟基ｎ＾，使得沸石具有极好的亲水性，??羟基易于断裂，从而与其他基团发生反应。??图１－１沸石的结构??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｚｅｏｌｉｔｅ??１．２．２沸石的性能??（１）离子交换性??沸石的一个重要的性能是可以进行可逆的阳离子交换（如示意图１－２）?Ｍｍ。沸石的??离子交换性能主要与沸石硅铝比的高低、孔穴的大小和阳离子位置等性质有关。在沸石??结构中，其Ｓｉ／Ａｌ比值越高，则［Ａ丨０４］四面体所形成的负电荷就越少，为了平衡这些电荷??则进入沸石结构中的阳离子也越少，因此离子交换性能越低；反之，Ｓｉ／Ａｌ比值越低，沸??石的离子交换性能越高。例如，Ｘ型沸石的Ｓｉ／Ａｌ为２．１？３．０，单位晶胞中钠离子有８６??个，Ｙ型沸石的Ｓｉ／Ａｌ为３．１？６．０，只含５６个钠离子，因此Ｘ型沸石的离子交换性能高??于Ｙ型沸石。??Ｃａ２＊?＋?Ｎａ［ｚＡ］?????Ｃａ［ｚＡ］＋２Ｎａ＋??图１－２离子交换过程示意图ｉ｜７】??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｉｏｎ?ｅｘｃｈａｎｇｅ?ｐｒｏｃｅｓｓ（Ｉ７］??在沸石的离子交换过程中，常采用离子交换度、离子交换容量和交换效率来表示溶??液中的阳离子被利用的效率。常见的天然沸石，如斜发沸石和丝光沸石等都具有很高的??阳离子交换容量。斜发沸石的理论交换容量为２１３?ｍｍｏ丨／１００ｇ，丝光沸石的理论交换容??量为?２２３?ｍｍｏｌ／１００ｇ。??２??
许多互相连??通的孔穴和孔道，给反应分子自由地在孔穴中扩散创制了有利的条件；骨架中的Ｓｉ，?ＡＩ，??０和骨架外的金属离子一起组成催化活性屮心，由于这些金属阳离子处在高度分散状态，??因而活性和抗毒性比一般的金属催化剂高，使得沸石成为很好的催化剂。??沸石的催化分为Ｂｒｏｎｓｔｅｄ酸催化和Ｌｅｗｉｓ酸催化＂９ｉ。Ｂｒａｎｓｔｅｄ酸位点是分子筛骨架??中高度极化的羟基，其作为质子给体对多种催化反应都很活跃，从而在石油炼制和石油??工业的生物质转化的许多过程中起着重要的作用Ｉ２０＂２”。图１－３是Ｂｒａｎｓｔｅｄ酸催化的反应??作用机理叫。??除了?Ｂｒａｎｓｔｅｄ酸位点外，用四价配位的Ｔｉ、Ｓｎ或Ｚｒ原子代替代替分子筛框架中的??Ｓｉ原子可以产生Ｌｅｗｉｓ酸位点，Ｌｅｗｉｓ酸位点可以从客体分子中获得电子对，促进许多??不能在Ｂｒｏｎｓｔｅｄ酸位点上发生的生物质转化过程反应（图ｌ－４ｉ２４】）。例如，Ｌｅｗｉｓ酸位点??沸石？以用从生物衍生分子合成对苯二甲酸，这是合成聚对苯二甲酸的关键单体。传统??上，对苯二甲酸是由石汕衍生的对二甲苯氧化生产的。Ｐａｃｈｅｃｏ和ＤａｖｉＷ提出了以５－羟??甲基糠醛为原料，大孔Ｌｅｗｉｓ酸分子筛为催化剂合成对苯二甲酸的策略。??〇?會??２，５－Ｄｉｍｅｔｈｙｌｆｕｒａｎ?＾??．＇ｗ??Ｌａｔｉｃ?ａｃｉｄ?／?２－Ｍｅｔｈｙｌｆｕｒａｎ??〇－－〇－＇〇ｈ?－?、ｔｙ之??Ｌａｃｔｉｄｅ?＾?ｐ－Ｘｙｌｅｎｅ?ｑ／?ｎ?Ａｃｅｔｙｌ?ｍｅｔｈｙｌｆｕｒａｎ??＿，＼?Ｈ?〇．ＳＫ??ｆ、。可?〇＞、??图１－３?Ｂｒｏｎｓｔｅｄ酸位点反应【：｜】??Ｆｉｇｕｒｅ
【参考文献】：
期刊论文
[1]土壤调理剂对高磷土壤玉米生长、磷素吸收与形态转化的影响[J]. 方红夏,王茜,卢树昌,新楠,李晨昱. 江苏农业科学. 2019(14)
[2]改性沸石/TiO2的制备及光催化降解亚甲基蓝[J]. 廖刚,苏春雷,何玉明. 人工晶体学报. 2019(04)
[3]生物炭与沸石混施对不同污染土壤镉形态转化的影响[J]. 吴岩,杜立宇,梁成华,张盼,王沛文,郭炜辰. 水土保持学报. 2018(01)
[4]多孔结构矿物(岩石)及其环境修复材料的实用性[J]. 尹琳,陆现彩,胡欢,赵连泽,赵波. 岩石矿物学杂志. 2003(04)
[5]沸石在土壤改良中的应用研究进展[J]. 郝秀珍,周东美. 土壤. 2003(02)
[6]添加钝化剂对污泥堆肥处理中重金属（Cu,Zn,Mn）形态影响[J]. 李国学,孟凡乔,姜华,史雅娟. 中国农业大学学报. 2000(01)
本文编号：3089154
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