| 凹凸棒黏土改性及其吸附性能研究 | |
| 陈浩 | |
| Subtype | 理学博士 |
| Thesis Advisor | 王爱勤 |
| 2007-05-15 | |
| Degree Grantor | 中国科学院研究生院 |
| Department | 环境材料与生态化学研究发展中心 |
| Degree Discipline | 物理化学（含：化学物理） |
| Keyword | 凹凸棒黏土 改性 理化性质 悬浮 染料 重金属 吸附 机理 复合吸水树脂 Palygorskite Clay Modification Physicochemical Properties Suspension Dye Heavy Metal Adsorption Mechanism Superabsorbent Composite |
| Abstract | 全球工业废水的排放量惊人，重金属及染料在其中占有相当的比重。对于工业废水的治理十分迫切。黏土矿物广泛存在于自然界中，价廉易得，其本身有具有较大的比表面积和孔道效应，是一种很有发展前途的新型吸附材料。利用此类吸附剂处理含重金属和染料的废水，比传统处理方法更具优势。 凹凸棒黏土是以凹凸棒为主要成分的一类链层状镁铝硅酸盐黏土矿物。本论文开展了凹凸棒黏土经热、酸、盐及有机处理后，其理化性能的分析测试工作。在此基础上，考察了不同方式处理土在盐水和有机溶剂中的悬浮性能，重点研究了对重金属Pb(II)、Cu(II)和阴离子染料刚果红的吸附性能，对影响因素、吸附动力学、等温吸附特征及其再生进行了系统研究，探讨了吸附行为和作用机理。此外，对不同产地凹凸棒黏土及不同方式改性的有机土分别应用于有机-无机复合吸水树脂的效果进行考察。主要研究结果如下： 1．处理方式对凹凸棒黏土的理化性质有明显影响。具体表现为：随煅烧温度的升高，凹凸棒粘土的理化性质呈现出一定规律性的变化，300℃是一个转折点；随盐酸处理浓度的增加，酸化凹凸棒黏土的比表面积（SSA）增大而阳离子交换容量（CEC）减小；氯盐处理后样品的SSA的变化规律为M3+＞M2+≈M+，而CEC为M2+＞M+＞M3+；钠盐处理后样品的SSA和CEC具有相似的变化规律，即A3-＞A2-＞A-；有机改性样品的SSA和CEC值均随着有机化程度即有机率的增加而逐渐减小。 2．热、酸和盐交换处理对凹凸棒黏土在饱和盐水中的悬浮性能影响较小，在较短时间内可达到作用平衡。有机改性可有效提高凹凸棒黏土的胶体悬浮性能，介质的极性对有机凹凸棒黏土的悬浮性能有较大影响，在三种溶液中平衡悬浮体积的规律为：甲苯＞饱和盐水＞乙醇。 3．选取硫酸锌对凹凸棒黏土进行处理后，可有效提高对刚果红的吸附能力。原土和Zn(II)处理土对刚果红的吸附均符合假二级动力学模型。Zn(II)处理土较原土对刚果红的吸附显示出更强的膜扩散机理。刚果红在原土和Zn(II)处理土上的吸附分别符合Langmuir和Freundlich等温模型，这种差异可能与两种吸附剂的表面性质不同有关。 4．凹凸棒黏土经十六烷基三甲基溴化铵有机改性后，对刚果红的吸附能力明显增强，符合Langmuir吸附等温式。0.5 CEC和1.0 CEC有机土的饱和吸附量分别为126.58 mg g-1和189.39 mg g-1。刚果红与有机凹凸棒黏土的作用以化学吸附机理为主。季铵盐表面活性剂的种类及加入量均会对有机凹凸棒黏土的吸附能力产生明显影响，有机土对刚果红的吸附量为：12C＞16C＞8C＞16C(0.5 CEC)。 5．甘肃临泽凹凸棒黏土对Pb (II)有很好的吸附效果，饱和吸附量为104.3 mg g-1。经热和酸处理后，300℃处理土和浓盐酸处琄土对应最大的吸附量。重复使用性能依次为：浓盐酸处理土＞300℃处理土＞原土。 6．红外光谱和吸附后溶液pH的变化结果证明，表面络合是Cu(II)在酸活化凹凸棒黏土上吸附的主要机理。整个过程可分为三个阶段，并伴随着小部分的模扩散过程。在重复使用性研究中，当使用醋酸铜时，其吸附-解吸附率明显低于另外三种无机铜盐（CuCl2，Cu(NO3)2和CuSO4）。 7．较低品位的凹凸棒黏土不经提纯就可以制备吸水性能优良的复合吸水树脂。机械搅拌方式较超声处理对凹凸棒黏土具有更好的有机改性效果。将其用于有机无机复合吸水树脂的制备，在凹凸棒黏土含量为10%时，其吸水倍率分别为3820 g g-1和3323 g g-1，明显高于原土制备的树脂吸水倍率（2872 g g-1）。 |
| Subject Area | 无机矿物材料 |
| Funding Project | 功能复合材料组 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/3057 |
| Collection | 环境材料与生态化学研究发展中心 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 陈浩. 凹凸棒黏土改性及其吸附性能研究[D]. 中国科学院研究生院,2007. |
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