改性沸石、膨润土对重金属离子的吸附性能研究

发布时间：2017-04-29 19:09

  本文关键词：改性沸石、膨润土对重金属离子的吸附性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,经济的快速发展和工业化进程的推进使环境污染问题不容忽视。水体污染现象也引起人们的广泛关注。水体中的重金属离子难降解,易积累,可通过食物链进入人体中,危害身体健康。因此,如何高效去除水体中的重金属离子是现在急需解决的问题。本课题主要研究了两方面内容：利用十六烷基三甲基溴化铵(Hexadecyl trimethyl ammonium Bromide, CTMAB)和嗅代十六烷基吡啶(Bromohexadecyl pyridine, CPB)改性沸石、未改性沸石吸附Cr2O72-和Pb2+,探究其对不同重金属离子的吸附差异性；通过Zeta电位、红外光谱(FTIR)、X-ray衍射(XRD),对改性沸石、未改性沸石表征及内部结构进行分析,重点研究了改性沸石和未改性沸石对Cr2072-和Pb2+差异性吸附的原因；并探究了pH值对重金属离子吸附量的影响。利用壳聚糖复合改性沸石、膨润土,以离子液体作为溶剂,分别制备壳聚糖交联沸石、膨润土微球(CTS/IL/Z、CTS/IL/B);重点研究了两种吸附剂分别对Cu2+、Cr2O72-及Pb2+的吸附性能,并探究溶液的pH值、吸附剂的投加量等影响因素对重金属离子吸附量及去除率的影响；通过Zeta电位、FTIR、扫描电镜(SEM),能谱仪(EDS),对CTS/IL/Z和CTS/IL/B表征及内部结构进行分析,探索了CTS/IL/Z和CTS/IL/B对重金属离子的作用机制；在此基础上,还对吸附剂在酸溶液中的再生过程进行了研究。本课题主要研究结果如下：(1)表面活性改性沸石通过表面活性剂改性沸石(CTMAB-Z、CPB-Z)和未改性沸石对Cr2O72-和Pb2+的吸附试验得出：CTMAB和CPB-Z相比于未改性沸石对Cr2072-的吸附量分别提高了4和6倍；而对pb2+的吸附量是未改性沸石的1/3。溶液的pH为4-6时,对Cr2072-和Pb2+的吸附效果较好。Langmuir模型和准二级吸附动力学模型对不同类型沸石吸附Cr2072-及Pb2+的拟合度均达到0.95以上。Zeta电位测定发现未改性沸石Zeta电位为-35.90,CTMAB-Z和CPB-Z Zeta电位分别为5.65,21.60,改性后沸石表面Zeta电位相比于未改性沸石由原来的负电性变为正电性。(2) CTS/IL/Z、CTS/IL/B微球利用制备的壳聚糖交联沸石、膨润土微球(CTS/IL/Z、CTS/IL/B),分别吸附Cu2+、Cr2072-和Pb2+,试验发现CTS/IL/Z、CTS/IL/B对Cu2+的吸附容量分别为118.8 mg/g,125.5mg/g;对Pb2+的吸附容量分别为324.48 mg/g,250.0 mg/g。两种吸附剂对Cr2072-的吸附量相比于未改性沸石、膨润土提高了近5倍。通过探究pH值对去除率的影响发现：当pH为4时,CTS/IL/Z、CTS/IL/B对Pb2+的去除率分别达到98%和99%；当pH为6时,CTS/IL/Z、CTS/IL/B对Cu2+的去除率均达到99%以上；对于Cr2072-的吸附,酸性条件下好于碱性条件下。共存体系中,CTS/IL/Z、CTS/IL/B对不同重金属离子有选择吸附性,其吸附量大小顺序为：Cu2+Pb2+Cr2072-。本试验采用酸再生法对吸附剂进行再生,试验发现用0.1mol/LH2SO4对吸附剂的再生效果较好。试验发现：表面活性剂改性沸石与未改性沸石对Pb2+和Cr2O72-的吸附性能不同。通过Zeta电位、FTIR及XRD等测定改性沸石、未改性沸石表面及内部结构特征,证明表面活性剂以双分子层形式结合到沸石表面,从而使沸石的电负性发生改变,并提出静电吸附机理可能是改性沸石选择性吸附不同类型金属离子的主要原因。CTS/IL/Z、CTS/IL/B对Cu2+、Pb2+和Cr2O72-的吸附量较未改性沸石、膨润土有较大提高,用FTIR、SEM、 Zeta电位等对吸附剂的表征进行分析发现,CTS/IL/Z、CTS/IL/B对不同重金属离子的吸附作用包括：静电作用；螯合作用。
【关键词】：改性沸石 膨润土 重金属离子吸附 静电吸附 螯合作用
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第1章 绪论13-22
• 1.1 水体重金属污染危害13-14
• 1.2 重金属污水的处理方法14-16
• 1.2.1 化学法15
• 1.2.2 物理化学法15-16
• 1.2.3 生物法16
• 1.3 改性沸石、膨润土在处理重金属方面的应用16-19
• 1.3.1 沸石的结构及化学组成16-17
• 1.3.2 沸石的改性方法及对重金属离子的吸附17-18
• 1.3.3 膨润土的结构及化学组成18
• 1.3.4 膨润土的改性方法及对重金属离子的吸附18-19
• 1.4 有机高分子材料在重金属离子吸附方面的应用19-20
• 1.5 离子液体在促进壳聚糖溶解方面的应用20
• 1.6 选题背景及意义20
• 1.7 课题研究内容及创新点20-22
• 1.7.1 研究内容20-21
• 1.7.2 课题的创新点21-22
• 第2章 材料与方法22-26
• 2.1 试验材料与改性方法22-23
• 2.1.1 试验材料22
• 2.1.2 试验仪器22-23
• 2.1.3 改性吸附材料的制备23
• 2.2 吸附剂表征分析23-24
• 2.2.1 红外光谱23
• 2.2.2 电镜扫描23
• 2.2.3 Zeta电位23-24
• 2.3 吸附试验方法24
• 2.4 吸附等温模型和吸附动力学模型24-26
• 2.4.1 吸附等温线模型24-25
• 2.4.2 动力学模型25-26
• 第3章 表面活性剂改性沸石对Pb~(2+)、Cr_2O_7~2差异性吸附探究26-34
• 3.1 试验部分26
• 3.1.1 CTMAB-Z、CPB-Z的制备26
• 3.1.2 试验方法26
• 3.2 结果与讨论26-30
• 3.2.1 CPB-Z、CTMAB-Z、未改性沸石对Cr_2O_7~(2-)、Pb~(2+)吸附差异性研究26-28
• 3.2.2 pH值的影响28-29
• 3.2.3 吸附等温线29-30
• 3.2.4 动力学方程式30
• 3.3 吸附剂表征及吸附差异性原因30-33
• 3.3.1 不同沸石比表面积分析30-31
• 3.3.2 红外谱图31
• 3.3.3 SEM扫描电镜31-32
• 3.3.4 XRD32-33
• 3.3.5 Zeta电位33
• 3.4 本章小结33-34
• 第4章 离子液体中壳聚糖改性沸石吸附剂的制备及应用34-50
• 4.1 试验部分34-35
• 4.1.1 CTS/IL/Z微球的制备34
• 4.1.2 吸附试验34-35
• 4.2 CTS/IL/Z微球对Pb~(2+)、Cu~(2+)的吸附研究35-39
• 4.2.1 CTS/IL/Z、未改性沸石对Pb~(2+)、Cu~(2+)的吸附35-36
• 4.2.2 pH值对吸附效果的影响36
• 4.2.3 投加量对吸附效果的影响36-37
• 4.2.4 吸附等温线37-38
• 4.2.5 吸附动力学38-39
• 4.3 CTS/IL/Z对单一体系中Cr_2O_7~(2-)的吸附研究39-43
• 4.3.1 CTS/IL/Z与未改性沸石吸附Cr_2O_7~(2-)的对比研究39-40
• 4.3.2 pH对吸附效果的影响40-41
• 4.3.3 投加量对吸附效果的影响41
• 4.3.4 吸附等温线41-42
• 4.3.5 吸附动力学42-43
• 4.4 CTS/IL/Z对混合液中Pb~(2+),Cu~(2+),Cr_2O_7~(2-)的吸附研究43-44
• 4.5 CTS/IL/Z的表征及吸附机理分析44-47
• 4.5.1 红外44
• 4.5.2 Zeta电位44-45
• 4.5.3 表面形貌及组成元素分析45-47
• 4.6 再生试验47-48
• 4.7 本章小结48-50
• 第5章 离子液体中壳聚糖改性膨润土吸附剂的制备及应用50-65
• 5.1 试验部分50
• 5.1.1 CTS/IL/B微球的制备50
• 5.1.2 吸附试验50
• 5.2 CTS/IL/B微球对Pb~(2+),Cu~(2+)的吸附研究50-55
• 5.2.1 CTS/IL/B微球及膨润土对Pb~(2+),Cu~(2+)的吸附50-51
• 5.2.2 pH对吸附效果的影响51-52
• 5.2.3 投加量对吸附效果的影响52-53
• 5.2.4 吸附等温线53-54
• 5.2.5 吸附动力学54-55
• 5.3 CTS/IL/B对单一体系中Cr_2O_7~(2-)的吸附研究55-58
• 5.3.2 pH值对吸附效果的影响55-56
• 5.3.3 投加量对吸附效果的影响56-57
• 5.3.4 吸附等温线57
• 5.3.5 吸附动力学57-58
• 5.4 CTS/IL/B对混合液中Pb~(2+),Cu~(2+),Cr_2O_7~(2-)的吸附研究58-59
• 5.5 CTS/IL/B的表征及吸附机理分析59-62
• 5.5.1 红外59-60
• 5.5.2 Zeta电位60-61
• 5.5.3 表面形貌及组成元素分析61-62
• 5.6 再生试验62-63
• 5.7 本章小结63-65
• 第6章 结论与建议65-68
• 6.1 结论65-66
• 6.2 建议66-68
• 参考文献68-74
• 致谢74-75
• 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 任会学;姜佳慧;高志敏;武道吉;谭凤训;许兵;;非金属矿物改性及吸附重金属离子的研究进展[J];山东建筑大学学报;2014年05期

2 张再勇;程勋;姚哲;;改性膨润土对污水中镉离子的吸附去除效率[J];净水技术;2013年03期

3 孙t

本文编号：335435