改性膨润土在废水污染物处理和回收利用中的应用研究

发布时间：2020-08-20 13:25

【摘要】：本论文以处理和回收利用废水污染物为目标,通过新工艺合成了三种不同类型的改性膨润土(聚合改性膨润土、膨润土表面离子印迹聚合物、接枝改性膨润土),可作为处理剂应用于废水处理流程的不同工段,为一类兼具净化水质和污染物回收利用双重功能的新型膨润土吸附剂的研发和应用提供了新的思路和材料基础。研究了有机／无机配比和处理温度等参数与改性膨润土结构和重金属离子吸附性能间的关联调控规律,揭示了改性膨润土对目标金属离子的选择性吸附规律,将改性膨润土应用于处理造纸污泥和将处理后污泥用于造纸生产过程的基本工艺,为改性膨润土的实用化提供了新的技术途径和理论积累。本论文主要取得以下创新性成果：(1)以有机单体丙烯酰胺与钠化膨润土进行原位聚合,再经过(微波)加热,部分有机聚合物被去除或碳化,提高改性膨润土的层间距和比表面积制备了聚合改性膨润土。应用聚合改性膨润土吸附处理重金属废水,吸附能力明显提高,有机／无机复合及加热处理温度是影响改性膨润土吸附性能的关键因素。研究了聚合改性膨润土处理混合金属离子的过程,考察了吸附竞争机理,吸附过程符合Langmuir等温模型或者拓展Langmuir等温模型,并符合准二级动力学公式。(2)以膨润土为中心,重金属离子作为“模板”离子,合成了表面离子印迹聚合物。离子印迹聚合物形成了对“模板”离子具有识别功能的空位点,对目标金属离子的选择性很高。这些空位点分布在聚合物的表面,与金属离子的接触性能好,吸附性能明显提高(0.22RL0.59),吸附过程符合准二级动力学方程,吸附反应可以自发进行。同时,吸附过程是吸热过程,随着温度升高,AGo降低。由于离子印迹聚合物可以多次重复使用以及对目标离子的高度选择性吸附,故可广泛应用于富集废水中的重金属离子,并实现回收利用。(3)制备了AM接枝改性膨润土和CTAC改性膨润土,并将其应用于处理造纸污泥,研究了处理后的造纸污泥回用于造纸生产的基本工艺。研究表明,AM接枝改性膨润土处理造纸污泥回用于造纸生产具有比CTAC改性膨润土更好的性能,前者制备的纸张纸张的物理指标(匀度3.85 g·m-2,抗张强度30.75 N-m·g-1,环压强度8.31 N·m·g-1以及耐破强度1.54 KPa·m2·g-1)与未回用污泥的纸张相近。研究了聚合物分子量、污泥回用量对回收利用造纸工艺的影响,通过调控接枝PAM分子量、改性膨润土添加量、污泥添加量等,可有效控制优化添加回用污泥纸张的品质。结果表明,最优的PAM分子量是400000万,AM接枝改性膨润土的最优使用量是0.20 wt%,污泥最大回用量是3.0 wt%,其中,乳液状净化剂对污泥的处理效果好于粉末状净化剂。接枝改性膨润土处理造纸污泥,提高了造纸原料的利用率,减少了污染物的排放,对于节能减排具有重要的意义。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X703
【图文】：

蒙脱石,晶体结构,八面体,四面体

图２．１蒙脱石的晶体结构逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｃｒｙｓｔａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｍｏｎｔｍｏｒｉｌｌｏｎｉｔｅ逡逑蒙脱石是由两片顶角朝里的Ｓｉ－ｏ四面体中间夹一片Ａｌ－（０，ＯＨ）八面体组逡逑成的２：邋１型结构，四面体和八面体靠其间共用的氧原子连接，各晶胞之间靠氧逡逑

等温吸附曲线,有机改性膨润土,等温吸附曲线,样品

吸附剂表面释放的质子被中和，吸附剂表面形成了负的位点，有利于吸逡逑附金属离子。因此，ｐＨ提高，有利于吸附金属离子的能力。但是，ｐＨ值超过７逡逑以后，金属离子与ＯＨ＿ｉ形成沉淀物，影响实验研究。从图４．邋１（ｂ）可以看出，在逡逑ｐＨ超过７的时候，吸附曲线有一个比较明显的拐点，这可能是因为产生了金属逡逑离子沉淀，溶液中的金属离子浓度变小，却因为计算的原因，体现为吸附量出现逡逑了一个拐点。在本章实验中，选择ｐＨ＝６。逡逑实验结果也说明了金属吸附过程中的特定位点性质。在低Ｚｎ浓度，在吸附逡逑剂表面可以吸附金属离子的位点数量超过了金属离子的数量。而在高金属离子浓逡逑度时，吸附剂表面的位点不够吸附溶液中的金属离子，ｐＨ曲线才变平缓。逡逑４．２．３无机／有机聚合比例的影响逡逑以ｌＯＯｇ膨润土分别与ｌＯＯｇ、８０ｇ、６０、４０ｇ有机单体聚合，得到４个样品，逡逑然后，在４０（ｒＣ下处理后，得到４个样品，记为ＰＡＭ－ＢＴ１００、ＰＡＭ－ＢＴ８０、逡逑ＰＡＭ－ＢＴ６０和ＰＡＭ－ＢＴ４０。研究这４个样品对Ｚｎ离子的吸附

等温线,线性,等温吸附模型,吸附常数

逦（４－５）逡逑Ｑｅ邋Ｑｍａｘ＊＾Ｌ邋Ｑｍａｘ逡逑其中，２ｍａｘ是最大吸附量（ｍｍｏｌ＿ｇ＿ｉ），邋是Ｌａｎｇｍｕｉｒ吸附常数（Ｌｍｍｏｒｉ）。逡逑以Ｃｅ／Ｑｅ对Ｃｅ拟合，得到如图４．３所示的直线０。说明吸附过程符合逡逑Ｌａｎｇｍｕｉｒ等温吸附模型。从直线的斜率和截距，可以计算得到和，结逡逑果见表４．２。逡逑表４．２不同改性膨润土的等温吸附参数逡逑Ｔａｂｌｅ邋４，２邋Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ邋ｉｓｏｔｈｅｒｍ邋ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ邋ｆｏｒ邋ｔｈｅ邋ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋Ｚｎ邋ｏｎｔｏ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｍｏｄｉｆｉｅｄ逡逑ｂｅｎｔｏｎｉｔｅ逡逑样品逦Ｑｍａｘ逦Ｋｔ逦Ｒｌ逦Ｒ＇逡逑（ｍｍｏｌ．ｇ－ｉ）逦（Ｌ．ｍｍｏｒ】）逡逑ＰＡＭ－ＢＴＩＯＯ逦１．９８逦３．８１逦０．３４逦０．９９８６逡逑ＰＡＭ－ＢＴ８０逦１．９４逦４．４８逦０．３１逦０．９９７６逡逑ＰＡＭ－ＢＴ６０逦１．８５逦４．３３逦０．３２逦０．９９９１逡逑ＰＡＭ－ＢＴ４０逦１．６５逦４．６６逦０．３０逦０．９９９６逡逑３０逡逑

【参考文献】