有机粘土矿物的制备与表征及其对重金属吸附性能的研究

发布时间：2020-09-08 20:21

　　随着工业的快速发展,产生了大量的重金属废水,其对生态环境及人类健康造成了严重的危害,如何有效去除重金属成为重要的环境问题之一。许多的水体重金属离子去除技术应运而生,然而这些技术面临的最大缺陷就是运行成本较高。相比于其他重金属处理方法,通过吸附法,即选择来源广泛、价格低廉及吸附性能良好的吸附剂来去除水体中重金属离子的优势更为明显。蒙脱石和蛭石作为来源丰富、价格低廉和环境友好的粘土矿物,常作为吸附剂用于环境污染治理,但天然的粘土矿物对重金属的吸附能力较差。若能把成本低廉的蒙脱石和蛭石,通过适当的化学改性,研制成性能良好的吸附剂,不仅可以解决水体重金属污染的问题,而且为粘土矿物的综合利用开辟了一条新途径。本文在综合叙述蒙脱石及蛭石的性质、改性方法及其实际应用情况的基础上,主要做了以下工作:1、以天然蛭石(VER)为原料,通过有机改性制备了巯基乙胺改性蛭石(MEA-VER)。利用XRD、FTIR、BET、SEM、TG-DSC和Zeta电位等分析技术对该材料进行表征,并研究MEA-VER对Ag+的吸附性能。结果表明:(1)经过巯基乙胺改性后,蛭石的比表面积和微孔体积增大,这为吸附过程提供了更多的吸附位点,提高了蛭石的吸附能力;(2)VER和MEA-VER对Ag+的最大吸附容量分别为104.6 mg·g-1和120.6 mg·g-1;(3)该材料的吸附速率较快,平衡时间为200 min;(4)吸附行为符合Langmuir等温吸附模型和Pseudo-second-order动力学模型;(5)Ca2+对Ag+的吸附抑制大于Na+;(6)MEA-VER可以在Ag+与Pb2+、Ni2+及Zn2+共存时较好的选择性吸附Ag+;(7)可用柠檬酸作为解吸剂有效地对MEV-VER进行解吸再生,重复利用4次其吸附容量基本不变;(8)VER和MEA-VER对Ag+的吸附机理主要是电荷吸附和配位吸附。2、以天然蛭石(VER)为原料,通过有机改性制备三巯丙基三甲氧基硅烷改性蛭石(MPTMS-VER)。通过XRD、FTIR、BET、SEM、TG-DSC和Zeta电位等分析技术对比分析VER、MEA-VER、MPTMS-VER的物化性质,并研究这三种材料对ppb级浓度Hg2+的吸附性能。表征结果表明,经MPTMS和MEA改性后蛭石的基本晶体结构没有被破坏,其中MPTMS-VER的层间距基本没有改变,但比表面积减小,这与孔道结构被堵塞有关。而MEA-VER的层间距变小,比表面积和微孔体积有所增加。这两种改性剂都增加了蛭石表面的负电荷。这些改变表明改性剂改善了蛭石的表面性质,使其吸附性能得到提高。吸附实验结果表明:(1)VER、MPTMS-VER和MEA-VER均能快速地去除溶液中的Hg2+,吸附平衡时间为120 min;(2)在pH为5,投加量为2 g·L-1,温度为303 K时,VER、MEA-VER和MPTMS-VER的最大吸附容量分别为99.95、176.33和286.29μg·g-1,可知MPTMS-VER相对于MEA-VER其吸附容量得到较大提高;(3)Pseudo-second-order动力学方程和朗格缪尔等温方程可以较好的解释这三种材料对Hg2+的吸附行为,吸附是自发的放热反应;(4)溶液中共存阳离子能明显抑制MEA-VER和VER对Hg2+的吸附,而MPTMS-VER基本不受溶液中共存阳离子的影响;(5)XPS分析表明,经改性后MPTMS-VER和MEA-VER的巯基官能团与Hg2+间的配位吸附在吸附过程中占据主要地位。3、以天然蒙脱石(Mt)和蛭石(VER)为原料,制备二巯基丙醇改性蒙脱石(BAL-Mt)和蛭石(BAL-VER)。通过XRD、FTIR、BET、SEM、TG-DSC和Zeta电位等分析技术分析Mt、BAL-Mt、VER、BAL-VER的物化性质。通过对ppm级浓度Hg2+的吸附实验来研究VER、BAL-VER、Mt及BAL-Mt的吸附性能,结果表明:(1)经BAL改性后蒙脱石和蛭石的层间距未发生变化,但比表面积下降,表面负电荷增加;(2)经BAL改性后,蛭石对Hg2+的最大吸附容量从1.75 mg·g-1增加到9.63 mg·g-1,蒙脱石的最大吸附容量从1.68 mg·g-1增加到3.21 mg·g-1;(3)吸附过程符合准二级动力学方程和朗格缪尔吸附等温方程;(4)吸附平衡时间约为300min,但BAL-VER和BAL-Mt的吸附速率明显大于VER和Mt;(5)吸附行为是自发的放热反应;(6)对比分析可知,BAL-VER的吸附性能优于BAL-Mt;(7)吸附实验数据和表征分析结果显示Hg2+在BAL-VER及BAL-Mt上的吸附机制包括配位吸附、离子交换、静电引力和孔道截留。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TQ424.2;X703

【参考文献】