β-環(huán)糊精改性沸石吸附水中有機污染物和重金屬的研究.pdf

1、論文依據(jù)不同的改性機理和方法,以β-環(huán)糊精作為改性劑,對天然沸石進行改性,制備了兩種具有特殊結構與性能的改性沸石。采用FTIR光譜、元素分析、掃描電鏡以及X射線能量色散譜儀等現(xiàn)代分析測試手段對改性沸石進行了表征。研究了改性沸石分別吸附處理水中有機污染物、重金屬和復合污染物的能力,初步探討了改性沸石吸附污染物的作用機理,為拓展沸石的功能與應用提供了理論依據(jù),為改性沸石在水處理中的應用提供了技術基礎,也為安全、無毒、環(huán)保的高效吸附劑的開發(fā)提

2、供了信息。
　　 主要研究內容和結論歸納如下:
　　 提出了利用β-環(huán)糊精改性沸石的新方法。以2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨(ETMAC)和β-環(huán)糊精合成的陽離子化β-環(huán)糊精對沸石進行改性,制得改性沸石CCDMZ;利用環(huán)氧氯丙烷(EPI)作為交聯(lián)劑,通過醚化作用,使β-環(huán)糊精固載到沸石表面,制得改性沸石ECDMZ。以吸附量(qe)為指標,分別考察了兩種改性沸石的制備條件對所得產物吸附污染物量的影響,確定了兩種改性沸石的最佳

3、制備條件。結果表明,陽離子化β-環(huán)糊精的制備條件(初始β-環(huán)糊精的濃度、合成溶液的pH值、摩爾比METMAC:Mβ-CD)、天然沸石的預處理、陽離子化β-環(huán)糊精的濃度、改性時間等制備條件均對CCDMZ吸附污染物的qe產生影響,其中尤以陽離子化β-環(huán)糊精的制備條件影響最大;天然沸石的預處理、摩爾比MEPI:Mβ-CD、改性時間、溶液的pH值以及溶液中NaOH百分含量等均對ECDMZ吸附污染物的qe產生影響。對兩種改性沸石分別進行FTIR光

4、譜、元素分析、掃描電鏡以及X射線能量色散譜等方面的表征,結果顯示β-環(huán)糊精可以較穩(wěn)定地固載于沸石表面,形成具有優(yōu)良吸附性能的新型吸附劑。
　　 研究了改性沸石對水中硝基苯酚(NPs)、重金屬離子和對-硝基苯酚(p-NP)-重金屬離子復合污染物體系的吸附能力。結果表明,CCDMZ和ECDMZ吸附NPs、重金屬離子時,qe受粒徑、吸附時間、溶液初始濃度和溶液pH值等的影響。在粒徑0.45～0.9mm范圍內,CCDMZ和ECDMZ對N

5、Ps和重金屬離子均具有較高的qe。CCDMZ和ECDMZ吸附NPs的平衡時間分別為60 min和100 min、Cu2+的吸附平衡時間均為120min、Ni2+的吸附平衡時間分別為120 min和140 min。NPs和重金屬離子初始濃度的升高有利于CCDMZ和ECDMZ對NPs和重金屬離子的吸附。當NPs濃度為300 mg/L時,CCDMZ吸附p-NP、間-硝基苯酚(m-NP)和鄰-硝基苯酚(o-NP)的qe分別為335、220和32

6、4μg/g;ECDMZ對p-NP、m-NP和o-NP的qe分別為902、766和855μg/g。當Cu2+和Ni2+的濃度為100 mg/L時,CCDMZ和ECDMZ對Cu2+和Ni2+的qe分別為1267、1148μg/g和3751、3811μg/g。溶液pH值對CCDMZ和ECDMZ的qe影響非常明顯,因為pH值的變化不但影響了NPs、Cu2+和Ni2+在溶液中的形態(tài),同時也影響了CCDMZ和ECDMZ表面的荷電性。對比ECDMZ、

7、CCDMZ和NZ對NPs和重金屬離子的吸附,其吸附效果是ECDMZ>CCDMZ>NZ。吸附動力學和等溫線研究表明,CCDMZ和ECDMZ吸附NPs、Cu2+和Ni2+的過程符合二級動力學模型,吸附等溫線符合Langrnuir型,說明吸附過程是以單分子層吸附為主,既存在化學吸附又存在物理吸附,且吸附過程的主控速率是化學吸附。Freundlich型吸附等溫線擬合結果n值表明CCDMZ和ECDMZ對NPs、Cu2+和Ni2+的吸附均為優(yōu)先吸附

8、。低濃度下的高分離因子(r)值表明CCDMZ和ECDMZ對NPs、Cu2+和Ni2+的吸附更適合于微污染水處理。如:對100 mg/L的NPs,CCDMZ和ECDMZ對p-NP、D-NP和m-NP的qe分別較NZ提高了8、5、13和23、14、37倍。吸附熱力學研究表明對NPs的吸附是自發(fā)的放熱過程,吸附過程是焓推動作用,而對Cu2+和Ni2+的吸附過程是自發(fā)的吸熱過程,吸附過程是熵推動作用。對于p-NP和重金屬離子復合污染物體系的研究