志丹膨润土改性及其对水中有机污染物的吸附研究

发布时间：2020-06-21 22:17

【摘要】：陕北地区作为我国重要的能源化工基地,能源资源丰富,水资源却相对匮乏,而能源化工生产与水却息息相关。能源化工企业一方面需要占用有限的水资源来维持生产,另一方面又要将大量含有难降解、有毒性的有机污染物工业废水排放,这意味着在陕北地区如果不能将工业废水处理与回收利用,则不仅会带来严重的生态污染,还会严重影响陕北能源化工基地的可持续发展。本研究针对陕北志丹膨润土的特性,从因地制宜的角度出发,通过对膨润土提纯、活化、改性以及对模拟废水和兰炭废水中有机污染物的吸附试验,系统考察了志丹膨润土的吸附性能与机理,以期开发用于有机污染物吸附的膨润土材料,取得了一些有价值的研究结果:1.利用提纯、钠化后的志丹膨润土分别对孔雀石绿、亚甲基蓝、茜素红和苯酚等有机污染物进行吸附研究,通过吸附动力学、吸附热力学和填充柱床层穿透吸附试验测试了膨润土吸附不同性质有机污染物的能力与效果,分析了膨润土处理有机污染物的吸附机制。研究结果表明,提纯、钠化后志丹膨润土对阳离子有机物(孔雀石绿和亚甲基蓝)具有较好的吸附效果,对阴离子有机污染物(茜素红)与酚类有机污染物(苯酚)的吸附能力较勇弱,其原因是因为膨润土缺乏阴离子交换位点且表面具有亲水性,主要吸附机制是层间阳离子的交换作用。膨润土吸附能力与吸附有机污染物所带的电荷与分子结构密切相关。2.为了克服传统粘土改性过程中天然粘土不活化而造成低比表面积的不足,拓宽膨润土吸附有机物的范围,利用盐酸、硫酸、硝酸和磷酸分别对提纯、钠化后的志丹天然膨润土进行酸活化制备活性白土,通过单因素及正交试验设计考察活化过程中不同酸浓度、活化温度、固液比和活化时间等条件对活性白土性能的影响,对制备的活性白土进行表征,研究酸活化的机理,同时将膨润土与高岭土、伊利石进行酸活化对比。研究结果表明,与其它酸相比,硫酸在活化过程中具有较好的应用效果,当硫酸浓度18%、活化温度95 ℃、固液比1:2.5、活化时间4 h时,制备的活性白土比表面积可达162.6 m2/g。膨润土活化的实质是蒙脱石层间域阳离子和八面体位阳离子不断被交换和溶出的过程,在相同的酸活化条件下,膨润土的比表面积明显高于伊利石和高岭土,其主要原因在于膨润土中含有相对较低的硅含量和较高的铁含量。3.利用铁氧化物对活性白土进行了无机柱撑改性,研究了柱撑活性白土的结构和化学性质,考察了柱撑活性白土对阴离子有机物、阳离子有机物及酚类有机物的吸附性能,分析作用机理。研究结果表明,活性白土被铁氧化物柱撑改性后,其层间距和比表面积均增大。与钠化膨润土相比,柱撑活性白土对阴离子有机物茜素红具有良好的的吸附性能和重复使用性,对阳离子有机物孔雀石绿的吸附性能明显降低,对苯酚类有机物的吸附能力略有提高,这与Fe203柱撑改性活性白土后未改变表面的亲水性,而增加了吸附阴离子的位点,减少了吸附阳离子的位点有关。4.利用三甲基氯硅烷和十六烷基三甲基溴化铵分别对活性白土和钠化膨润土进行表面硅烷化有机改性和阳离子表面活性剂插层改性,对制备的有机接枝改性活性白土和有机插层改性膨润土进行表征,分别考察其对苯酚的吸附性能,分析作用机理,最后以兰炭废水为处理对象,对比测试了商品活性炭、膨润土、活性白土以及系列改性材料对废水中有机物的吸附能力。研究结果表明,有机改性剂三甲基氯硅烷可通过共价键接枝到活性白土表面的Si-OH基团上,改性后白土表面由亲水性转为疏水性,比表面积虽有减小,但并不明显,而长碳链表面活性剂对膨润土进行插层改性后,有机阳离子与膨润土层间阳离子发生交换,使长链烷烃官能团引入膨润土层间结构,导致膨润土的大部分层间孔道被堵塞,比表面积减小显著。改性后的活性白土和钠化膨润土对疏水性有机物苯酚的吸附能力显著增强,且前者的饱和吸附量明显高于后者,这与制备有机改性粘土的有机负载量和比表面积有关。有机接枝改性活性白土对兰炭废水中的疏水性有机物具有良好的吸附处理能力,这进一步拓展了膨润土在有机废水处理方面的应用。
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：O647.3;X703
【图文】：

蒙脱石,晶体结构,膨润土

１．２膨润土的基本性质逡逑１．２．１膨润土的组分及蒙脱石结构逡逑膨润土中的主要成分为蒙脱石，蒙脱石结构如图１－１所示。由图可知，蒙脱石逡逑属于单斜晶系晶体结构，由两个Ｓｉ－Ｏ四面体夹一个Ａ１－０八面体组成。Ａ１原子居逡逑于所夹Ａ１－０八面体中的中央，与０和羟基０Ｈ的距离相等，而Ｓｉ－０四面体群呈逡逑六角形网络分布，沿平面重复扩展，其中每个Ｓｉ－０四面体中Ｓｉ都硅居中央，与四逡逑个０原子以相等的距离堆成四面体形状，这意味着蒙脱石的理论化学式为逡逑Ａｌ２０３邋４Ｓｉ０２＿３Ｈ２０，Ｓｉ０２、Ａ１２０３、Ｈ２０邋分别占化学组成的邋６６．７％、２５．３％、８％ｔ３］。逡逑然而，由于类质同象置换的影响，地质中的Ｍｇ２＋、Ｆｅ２＋等低价离子取代了邋Ａｌ－Ｏ八逡逑１逡逑

柱撑膨润土,机理,膨润土

膨润土无机改性后的性质还与其形成的孔结构以及酸中心的反应性能相关。形成逡逑的“层柱”使粘土层被分隔，并形成许多二维、多孔的网状结构，同时也使分散的单逡逑晶矿物片发生缔合，导致柱层状结构形成，形成过程如图１－２所示，而缔合颗粒之逡逑间的较大空间又使膨润土的层间被撑开，这不仅使层内空间的反应活性点增加，逡逑而且还使膨润土的层间距以及比表面枳得到有效地提高。此外，膨润土原土在水逡逑中的性质和分散状态也得以改变，使其对环境物质的离子交换性和吸附性增强１３９－逡逑４（）］。因此，聚合金属阳离子改性膨润土受到不同领域学者的广泛重视，目前己经从逡逑单一羟基铝柱撑改性延伸到ＡＩ与其它金属元素复合柱撑改性，同时也制备出用于逡逑各种不同的目的、具有不同酸度、孔结构、机械强度和水热稳定性的无机改性膨逡逑润土材料。逡逑张佥等利用Ｎａ＋、Ｃｕ２＋、Ａｌ３＋和Ｃｒ３＋等无机金属离子对膨润土进行改性，并分逡逑别研宄了各种改性膨润土在水溶液中吸附苯酚的能力以及离子形态与吸附效果的逡逑影响｜４ｎ。实验结果表明，高价离子改性膨润土有利于提氋苯酚的吸附能力

【参考文献】