羟基铁、铝柱撑蒙脱石的制备、表征及其对水环境中PPCPs的吸附研究

发布时间：2020-06-08 10:55

【摘要】：药物与个人护理品(PPCPs)是一种新型污染物,潜在影响着饮用水的安全供应、生态环境和人类健康,如何有效解决PPCPs的污染问题已引起世界各国的广泛关注。本论文以环境友好材料蒙脱石为原料,以羟基铁、铝聚合物、十二烷基三甲基溴化铵(TDAB)和十四烷基三甲基溴化铵(TTAB)为柱撑剂,制备出了系列有机和无机柱撑蒙脱石,采用X射线粉末衍射、N2等温吸脱附、傅立叶红外光谱、X射线光电子能谱、热分析和扫描电镜等手段对柱撑蒙脱石进行表征与分析,系统研究了柱撑蒙脱石的形成机理及其对庆大霉素(GEN)和玉米赤霉烯酮(ZEA)的吸附性能与吸附机制,并将柱撑蒙脱石应用于畜禽养殖污水处理中PPCPs的脱除,得到的主要结论如下:柱撑蒙脱石改性条件对其结构与性质的影响:(1)受羟基铁、铝在不同水解阶段聚合物的不同和羟基铝聚合物Keggin结构的影响,羟基铁柱撑蒙脱石的层间距(d(001))随OH/Fe摩尔比的增大而增大,而羟基铁铝柱撑蒙脱石d(001)则随Fe/Al摩尔比的增大而减少;当Fe/Al摩尔比≥1.5时,柱撑蒙脱石的d(001)值均趋于一致。(2)羟基铁柱撑蒙脱石比表面积较原蒙脱石显著增加,且变化趋势与d(001)的变化一致,而羟基铝主导的柱撑蒙脱石(Fe/Al0.5)比表面积减少;柱撑蒙脱石的吸脱附等温线属典型的多孔介质多层吸附,最可几孔径在3.59±0.04nm,且最可几孔体积显著上升,最大时为原蒙脱石的1.5倍。(3)柱撑蒙脱石Fe与Al元素含量显著增加,结合能也发生不同程度的变化,热稳定性增强,且新增的NO3-离子使其具有阴离子交换功能。柱撑蒙脱石脱除GEN的研究:(1)羟基铁铝柱撑蒙脱石对GEN的吸附量显著提高,最大时为原蒙脱石的2倍;吸附GEN的最佳pH值为9;等温吸附规律适于采用Freundlich方程拟合,吸附动力学符合伪二级动力学方程;季铵盐柱撑蒙脱石吸附GEN量显著低于原蒙脱石;多组份抗生素吸附时存在竞争吸附,但抗生素吸附总量明显提高。(2)d(001)扩增是羟基铁和羟基铝主导柱撑(Fe/A10.5)蒙脱石吸附量增加的主导因素;羟基铁柱撑蒙脱石的比表面积、孔容对GEN吸附量有较强相关性;阳离子交换是GEN、Fe、Al离子进入蒙脱石的主导机制,表面络合吸附作用为辅助机制。柱撑蒙脱石脱除ZEA的研究:(1)羟基铁铝柱撑蒙脱石对ZEA吸附量显著提高,最大吸附量为原蒙脱石的10倍,而羟基铁柱撑蒙脱石的最大吸附量为原蒙脱石的5倍;ZEA的等温吸附实验数据符合Freundlich方程,动力学数据符合伪二阶动力学方程,吸附速率受颗粒扩散在内的多种机制联合控制;ZEA最佳吸附pH值为8,最佳吸附温度为35℃;季铵盐柱撑蒙脱石对ZEA的吸附量显著高于羟基铁、铝柱撑蒙脱石。(2)受柱撑剂结构的影响,d(001)扩增是羟基铁和羟基铁主导柱撑蒙脱石吸附量增加的主要原因,而羟基铝主导柱撑蒙脱石d(001)无类似机制,表面元素结合能的变化也反应其吸附机理上的差异。(3)多组分霉菌毒素吸附时,吸附量顺序为黄曲霉素B1(AFB1)赭曲霉素(OTA)ZEA,且不同霉菌毒素之间影响不明显。畜禽养殖污水中PPCPs的脱除研究:(1)污水经折板式厌氧反应器(ABR)+混凝沉淀+序批式活性污泥法(SBR)处理后,CODcr和NH4+-N均可达标排放;GEN、TC、OTC、AMP、ZEA和AFB1总的去除率76%;(2)污水中PPCPs经蒙脱石吸附后,GEN、TC、OTC、AMP和AFB1几乎全部被去除,而ZEA还有一定的残留,且羟基铁柱撑蒙脱石优于原蒙脱石。
【图文】：

柱撑蒙脱石,蒙脱石

表面的影响大于羟基铝柱撑的影响，而羟基铁铝复合柱撑介于两者之间。逡逑２．５．２能谱分析（ＥＤＸ）逡逑图２－４为原蒙脱石和羟基铁、铝柱撑蒙脱石的能谱分析图。从Ｋｌ0ｉＭ0ｎｔ的能谱逡逑分析图中可知，0、Ａｌ、Ｓｉ波峰较大，表明０、Ａｌ、Ｓｉ是Ｋ１０－Ｍｏｎｔ的主要元素，与逡逑文献中蒙脱石的矿物学组成一致。Ｋ１０－Ｍ0ｎｔ图中还含有Ｍｇ和Ｋ元素，但不含Ｎａ逡逑和Ｃａ元素，说明ＫｌＯ－Ｍｏｎｔ非钠基蒙脱石和钙基蒙脱石。Ｋ１０－Ｍ0ｎｔ中出现的Ｐｔ元逡逑素，是因检测需要而喷涂在Ｋ１０－Ｍｏｎｔ表面留下的。逡逑在１．５０Ｈ／Ｆｅ－Ｍｏｎｔ的ＥＤＸ谱图中，０、Ａｌ、Ｓｉ、Ｋ和Ｍｇ元素的波峰与Ｋ１０－Ｍｏｎｔ逡逑基本一致，但Ｆｅ元素的波峰出现明显的不同。Ｋ１０－Ｍ0ｎｔ的谱图中，Ｆｅ元素的特征逡逑峰非常微弱，说明ＫｌＯ－Ｍｏｎｔ中Ｆｅ含量几乎为零；而１．５０Ｈ／Ｆｅ－Ｍｏｎｔ的能谱图中却逡逑有明显的Ｆｅ特征峰

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}蒙脱石和柱撑蒙脱石的EDX图
【学位授予单位】：福州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703;TQ424

【参考文献】