有機(jī)改性膨潤土對重金屬的吸附機(jī)理研究.pdf

1、隨著科技和工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，土壤重金屬污染日益嚴(yán)重，重金屬污染土壤的修復(fù)已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。對于農(nóng)業(yè)活動引起的程度較輕的面源污染，尤其是復(fù)合污染土壤的治理，原位固定方法在成本和時間上更能滿足重金屬污染修復(fù)的要求。選擇一種價格低廉、環(huán)境友好、性能可靠的固定劑成為原位固定技術(shù)關(guān)鍵。有機(jī)-無機(jī)復(fù)合體對重金屬的吸附、絡(luò)合等能力大于單一的有機(jī)物或無機(jī)物已被大量研究證實(shí)。目前主要選用天然粘土礦物材料與有機(jī)化學(xué)試劑為材料，制備的復(fù)合體雖有較高的吸附能力

2、，但存在成本較高及二次污染的隱患，選用天然的有機(jī)材料代替有機(jī)化學(xué)試劑則可以有效地避免上述問題。
　　本論文分別利用天然豬糞降解液和化學(xué)試劑十六烷基三甲基溴化銨(HDTMA)來制備改性膨潤土，確定各自的最佳制備工藝條件；通過對膨潤土與兩種有機(jī)材料吸附動力學(xué)、吸附熱力學(xué)、吸附穩(wěn)定性的研究，比較不同有機(jī)材料與膨潤土的作用機(jī)理；通過對兩種有機(jī)改性膨潤土吸附不同重金屬的研究，比較不同有機(jī)材料制備的改性膨潤土對重金屬吸附機(jī)理與吸附牢固性的差異

3、，為實(shí)際應(yīng)用中選擇高效、經(jīng)濟(jì)、安全的固定劑，發(fā)展原位固定技術(shù)修復(fù)重金屬污染土壤提供理論依據(jù)。
　　本文主要獲得的研究成果如下:
　　制備有機(jī)膨潤土?xí)r，有機(jī)物投加量、體系pH值、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度均影響有機(jī)膨潤土對重金屬的吸附能力。豬糞降解液改性膨潤土的最佳制備工藝條件為:W豬糞:W膨潤土=3:1(質(zhì)量比)，pH為9，反應(yīng)溫度為60℃，反應(yīng)時間為4h；HDTMA改性膨潤土的最佳制備工藝條件為:WHDTMA:W膨潤土=1:2(質(zhì)

4、量比)，pH為7，反應(yīng)溫度為90℃，反應(yīng)時間為2.5h。在最佳工藝條件下，豬糞降解液改性膨潤土、HDTMA改性膨潤土對Cu2+的去除率分別為92.4％和94.1％，相差不大。
　　膨潤土原土與改性膨潤土表面均帶負(fù)電荷，并且表面帶負(fù)電荷量依次為膨潤土原土>豬糞降解液改性膨潤土>HDTMA改性膨潤土；掃描電鏡表明膨潤土原土表面較平坦規(guī)則，而有機(jī)膨潤土表面凹凸不平，且HDTMA改性膨潤土表面較豬糞降解液改性膨潤土表面更粗糙。
　　

5、膨潤土對豬糞降解液與HDTMA的吸附分別在100min、60min達(dá)到平衡，準(zhǔn)二級動力學(xué)模型能夠更好的擬合吸附動力學(xué)過程。二者在膨潤土上的吸附熱力學(xué)過程用Freundlich方程能更好的擬合，擬合結(jié)果表明，膨潤土對兩種改性劑的吸附均屬于優(yōu)惠吸附，并且膨潤土對HDTMA的吸附能力更強(qiáng)。震蕩時間、體系pH、鹽離子濃度對改性膨潤土的穩(wěn)定性均有影響。震蕩時間延長，兩種改性劑解吸量均增大；pH對豬糞降解液改性膨潤土穩(wěn)定性影響較小，而HDTMA改性

6、膨潤土僅適用于中性或弱堿性環(huán)境中，在酸性環(huán)境中，應(yīng)優(yōu)先選用豬糞降解液改性膨潤土；隨著NaCl和CaCl2濃度濃度的升高，兩種改性膨潤土的穩(wěn)定性均先降低后升高，并且CaCl2對改性膨潤土的穩(wěn)定性影響更大。
　　膨潤土原土、豬糞降解液改性膨潤土、HDTMA改性膨潤土對Cu2+、Zn2+的吸附能力依次為:HDTMA改性膨潤土>豬糞降解液改性膨潤土>膨潤土原土，這與各吸附劑表面粗糙程度順序一致，且各吸附劑對Cu2+的吸附能力均大于Zn2+

7、。各吸附劑對Cu2+、Zn2+的吸附平衡時間依次為膨潤土原土>豬糞改性膨潤土>HDTMA改性膨潤土，準(zhǔn)二級動力學(xué)方程能更好的擬合吸附劑對Cu2+、Zn2+的吸附動力學(xué)過程。
　　兩種改性膨潤土對Cu2+、Zn2+的吸附能力受吸附劑投加量、體系 pH的影響。隨著投加量的增加，各吸附劑對Cu2+、Zn2+的去除率增大；pH值在接近中性或堿性條件下對Cu2+、Zn2+吸附有利，建議在中性條件下進(jìn)行吸附反應(yīng)。重金屬初始濃度、pH、解吸時間

8、影響Cu2+、Zn2+在改性膨潤土上吸附牢固性，各條件下Zn2+在兩種改性膨潤土上的解吸率均高于Cu2+，Cu2+、Zn2+在豬糞改性膨潤土上的解吸率均要高于在HDTMA改性膨潤土。
　　總體來看，膨潤土對HDTMA的吸附能力更強(qiáng)、吸附穩(wěn)定性更高，但解吸量大于豬糞降解液；應(yīng)用于重金屬吸附時，HDTMA改性膨潤土對重金屬的吸附能力及吸附牢固性均略高于豬糞降解液改性膨潤土，但前者對重金屬的吸附性能受環(huán)境因素影響更大。在實(shí)際應(yīng)用中，要根