磁性膨润土的制备及其在水处理中的应用研究

发布时间：2017-04-22 21:16

  本文关键词：磁性膨润土的制备及其在水处理中的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：针对目前污水处理剂成本较高、制备工艺繁杂、处理效果较差,使净化水难达到排放标准的缺陷,本文拟结合膨润土高比表面积、强吸附性等特性,将其与Fe3O4磁分离的能力相融合,采用溶剂热法研制出新型的Fe3O4-壳聚糖@膨润土复合水处理剂,并将其应用于毒性较强的重金属Cr(VI)与难沉降的煤泥水的处理中。具体开展了以下研究:1.优选制备Fe3O4纳米粒子的方法与工艺参数。首先分别运用共沉淀法与溶剂热法合成Fe3O4纳米粒子,通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、磁滞回线(VSM)对其晶型结构、形貌及磁性进行表征,其次考察了不同活化剂及反应时间对Fe3O4形貌结构的影响。结果表明:两种方法合成的Fe3O4均具有良好的晶型结构,且饱和磁化率分别为94.23 emu·g-1、63.16 emu·g-1,但相比于共沉淀法,溶剂热法制备的Fe3O4分散性更好、形貌更规整;且在反应时间为12 h,聚乙二醇200(PEG200)作为活化剂的条件下,Fe3O4纳米粒子具有良好的分散性与完整的球形结构,更有利于后续磁性膨润土的制备。2.选用壳聚糖为中间体,采用改良后的溶剂热法研制出新型的Fe3O4-壳聚糖@膨润土水处理剂。通过XRD、傅里叶红外光谱(FTIR)、热重-差热分析(TG-DTA)、扫描电镜(SEM)、TEM对其物质组成、形貌结构进行表征分析,并结合磁性膨润土的理化性质,探究了形成机理。结果表明:磁性膨润土中纳米磁性颗粒Fe3O4具有良好晶型结构,且分布均匀,未发生团聚;Fe3O4-壳聚糖通过氢键缔合作用与膨润土形成稳定结构,且当膨润土质量百分比为60%时,磁性膨润土复合水处理剂的结构最稳定。3.将Fe3O4-壳聚糖@膨润土应用于降解Cr(VI)模拟废水,考察了处理剂添加量、溶液初始浓度、pH值、反应温度及时间等因素对吸附过程的影响,并从吸附动力学方面对吸附特性及规律进行探究。结果表明:各因素对Cr(VI)的去除存在不同层度的影响,其中pH与反应温度对其影响较大,吸附效率及吸附量均随p H的增大而减小,随反应温度的增大而增大;吸附动力学遵循准二级动力学方程,吸附过程更倾向于化学吸附;重复使用5次内,吸附效率不低于90%。4.将Fe3O4-壳聚糖@膨润土应用于煤泥水的絮凝沉降试验中,通过XRD、FTIR、SEM、动态光散射(DLS)表征及Zeta电位测定对比沉降前后物质结构、形貌状态的变化,通过着重分析煤泥水pH值对沉降过程的影响,并结合该絮凝剂的结构及理化性能,从扩展DLVO理论的角度上出发,系统地研究磁性膨润土与煤泥水之间的微观作用机制,揭示二者之间的絮凝沉降机理。结果表明:在煤泥水p H=5时,含有大量的-NH3+正电性基团的絮凝剂通过静电中和与氢键缔合作用可明显降低煤泥表面的电负性,显著减小煤粒间的静电作用能,从而降低范德华作用排斥势能,增强煤粒间的凝聚能力,加速沉降。
【关键词】：膨润土 Fe_3O_4 壳聚糖 Cr(VI) 煤泥水
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 文献综述11-23
• 1.1 前言11
• 1.2 重金属离子Cr (VI)及煤泥水的污染来源及处理方法11-14
• 1.2.1 重金属离子Cr (VI)的污染来源及处理方法概述11-12
• 1.2.2 煤泥水的污染来源及处理药剂简介12-14
• 1.3 膨润土的基本性质14-15
• 1.3.1 膨润土的结构14
• 1.3.2 膨润土的物化性质14-15
• 1.4 膨润土的改性方法15-17
• 1.4.1 无机改性16
• 1.4.2 有机改性16
• 1.4.3 无机-有机复合改性16-17
• 1.5 改性膨润土在污水处理中的应用17-18
• 1.5.1 无机污染物的处理17
• 1.5.2 有机污染物的处理17-18
• 1.5.3 混合废水的处理18
• 1.6 磁性膨润土在污水处理中的应用18-21
• 1.6.1 铁系膨润土的制备及应用19
• 1.6.2 纳米Fe_3O_4磁性膨润土的制备及应用19-21
• 1.7 选题思路与研究内容21-23
• 1.7.1 选题思路21
• 1.7.2 研究内容21-23
• 第二章 单分散性Fe_3O_4纳米粒子的制备及其性能研究23-31
• 2.1 引言23
• 2.2 实验部分23-26
• 2.2.1 实验试剂及仪器23-25
• 2.2.2 共沉淀法制备Fe_3O_4纳米粒子25
• 2.2.3 溶剂热法制备Fe_3O_4纳米粒子25
• 2.2.4 Fe_3O_4纳米粒子的表征25-26
• 2.3 结果与讨论26-30
• 2.3.1 共沉淀与溶剂热法制备Fe_3O_4的结构比较26-28
• 2.3.2 不同表面活性剂对Fe_3O_4纳米粒子性能的影响28-29
• 2.3.3 反应时间对Fe_3O_4性能的影响29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 纳米磁性膨润土的制备及性能研究31-43
• 3.1 引言31
• 3.2 实验部分31-33
• 3.2.1 实验试剂及仪器31-32
• 3.2.2 纳米Fe_3O_4-壳聚糖的制备32
• 3.2.3 纳米Fe_3O_4-壳聚糖@膨润土的制备32
• 3.2.4 结构与性能表征32-33
• 3.3 Fe_3O_4-壳聚糖的结构与性能研究33-37
• 3.3.1 Fe_3O_4-壳聚糖的结构表征分析33-36
• 3.3.2 Fe_3O_4-壳聚糖的性能表征分析36-37
• 3.4 纳米Fe_3O_4-壳聚糖@膨润土的结构与性能研究37-42
• 3.4.1 纳米Fe_3O_4-壳聚糖@膨润土的结构表征分析37-40
• 3.4.2 纳米Fe_3O_4-壳聚糖@膨润土的性能表征分析40-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第四章 纳米磁性膨润土对Cr(VI)的吸附性能研究43-55
• 4.1 引言43-44
• 4.2 实验部分44-46
• 4.2.1 实验试剂及仪器44
• 4.2.2. Cr(VI)浓度测定及标准曲线的绘制44-45
• 4.2.3 数据处理方法45
• 4.2.4 吸附动力学研究45-46
• 4.2.5 重复利用实验46
• 4.3 结果与分析46-52
• 4.3.1 吸附剂添加量的影响46-47
• 4.3.2 溶液pH的影响47-48
• 4.3.3 反应温度的影响48-49
• 4.3.4 初始浓度与反应时间的影响49-50
• 4.3.5 吸附动力学研究50-52
• 4.3.6 磁性膨润土重复利用性能研究52
• 4.4 本章小结52-55
• 第五章 纳米磁性膨润土在煤泥水沉降中的应用及机理研究55-69
• 5.1 引言55-56
• 5.2 实验部分56-57
• 5.2.1 实验试剂及仪器56
• 5.2.2 沉降实验56-57
• 5.3 磁性膨润土作用煤泥水沉降前后结构及性能研究57-59
• 5.3.1 沉降前后结构表征分析57-58
• 5.3.2 沉降前后性能表征分析58-59
• 5.4 磁性膨润土对煤泥水的沉降实验59-62
• 5.4.1 磁性膨润土添加量对沉降实验的影响59-60
• 5.4.2 煤泥水浓度对沉降实验的影响60-61
• 5.4.3 煤泥水pH值对沉降实验的影响61-62
• 5.5 沉降机理研究62-66
• 5.5.1 磁性膨润土在煤泥水处理中的作用规律62-64
• 5.5.2 扩展DLVO理论解析磁性膨润土对煤泥水的沉降机理64-66
• 5.6 磁性膨润土复合絮凝剂回收利用性研究66-67
• 5.7 本章小结67-69
• 第六章 结论与展望69-71
• 6.1 主要结论69-70
• 6.2 创新点70
• 6.3 展望70-71
• 参考文献71-83
• 致谢83-85
• 攻读硕士期间发表的论文85

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本文编号：321288