膨潤(rùn)土基吸附材料的制備、表征及其吸附性能研究.pdf

1、膨潤(rùn)土(bentonite)具有價(jià)格低廉、儲(chǔ)量豐富、環(huán)境友好、吸附容量大等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用作水處理吸附劑的基礎(chǔ)材料。膨潤(rùn)土具有特殊二維空間結(jié)構(gòu)、礦物表面吸附作用、層間陽(yáng)離子交換作用、孔道過(guò)濾作用及特殊納米結(jié)構(gòu)效應(yīng)等特性，層間結(jié)構(gòu)可控、表面性質(zhì)可改，經(jīng)活化、改性或復(fù)合改性處理，可制得多種高效膨潤(rùn)土基吸附材料。
　　 本文以陽(yáng)離子淀粉(CS)、羥基鋁(Al-OH)、十六烷基三甲基溴化銨(CTMAB)為改性劑，制備了一系列性能優(yōu)異的膨潤(rùn)

2、土基吸附材料。全面研究了陽(yáng)離子淀粉/膨潤(rùn)土吸附材料的制備工藝，陽(yáng)離子淀粉在膨潤(rùn)土上的吸附等溫線、動(dòng)力學(xué)及熱力學(xué)行為，運(yùn)用多種技術(shù)手段進(jìn)行了表征；系統(tǒng)研究了陽(yáng)離子淀粉/膨潤(rùn)土吸附材料對(duì)水中特征污染物--染料、有毒有機(jī)物、重金屬離子以及磷酸鹽的吸附機(jī)制、吸附規(guī)律及影響因素；深入研究了羥基鋁和CTMAB改性膨潤(rùn)土對(duì)水中不同染料的吸附特性，為拓展膨潤(rùn)土的功能及其在廢水處理中的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)依據(jù)。論文主要取得了以下創(chuàng)新性成果：
　

3、　 1.首次合成了新型吸附材料--季銨型陽(yáng)離子淀粉/膨潤(rùn)土(CS-bentonite)。以季銨型陽(yáng)離子淀粉作為改性劑，制備了新型淀粉/膨潤(rùn)土吸附材料。與鈉基膨潤(rùn)土相比，所得產(chǎn)品表面形貌、電動(dòng)特性和層間距都發(fā)生了變化：比表面積由33.96 m2/g增加到57.76 m2/g，Zeta電位由-24.01 mV升高到-13.01 mV，層間距由1.244 nm增大到1.515 nm。利用透射電鏡分析(TEM)、掃描電鏡分析(SEM)、紅外光

4、譜(FTIR)、熱重.差熱分析(TG-DSC)等對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，證明新型陽(yáng)離子淀粉/膨潤(rùn)土吸附材料出現(xiàn)片層剝離，淀粉插層成功，其絮凝性能提高，表面疏水性增強(qiáng)。吸附穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)證明所制備的產(chǎn)品脫附率低，符合廢水處理的要求。
　　 2.研究了季銨型陽(yáng)離子淀粉/膨潤(rùn)土吸附材料合成的制備工藝、反應(yīng)機(jī)理、理論參數(shù)以及產(chǎn)品性能特征。以直接影響產(chǎn)品吸附性能的聚合物含量為主要控制指標(biāo)，通過(guò)進(jìn)行單因素影響實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，得到最佳制備工藝為：

5、反應(yīng)溫度60℃，反應(yīng)時(shí)間2.0 h，體系pH值7.0，陽(yáng)離子淀粉濃度7.0 g/L。陽(yáng)離子淀粉在膨潤(rùn)土上的吸附動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)與擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程相符，吸附等溫線符合Langmuir吸附模型；△Gθ為負(fù)值，說(shuō)明吸附過(guò)程為自發(fā)進(jìn)行；△Sθ為正值，說(shuō)明整個(gè)吸附體系的熵增加；0<△Hθ<63 kJ/mol，說(shuō)明反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升溫有利于膨潤(rùn)土對(duì)陽(yáng)離子淀粉的吸附，且過(guò)程以物理吸附為主。
　　 3.系統(tǒng)研究了淀粉/膨潤(rùn)土吸附材料對(duì)水中染料亞甲基蘭

6、(MB)和剛果紅(CR)、對(duì)硝基苯酚(PNP)、重金屬離子(Cr(VI))和磷(PO43-)等污染物吸附機(jī)理及影響因素。陽(yáng)離子淀粉/膨潤(rùn)土對(duì)水中MB、CR和PNP以表面吸附和層間有機(jī)相分配為主；對(duì)水中Cr(Ⅵ)的吸附以表面吸附和表面配位為主；對(duì)PO43-以表面吸附為主。染料、對(duì)硝基苯酚、Cr(Ⅵ)離子在淀粉/膨潤(rùn)土上的吸附等溫線符合Langmiur等溫線模型，磷酸根符合Freundlich型等溫線模型。四種特征污染物吸附過(guò)程都符合擬二級(jí)

7、動(dòng)力學(xué)方程，說(shuō)明吸附過(guò)程包括外部液膜擴(kuò)散、表面吸附和顆粒內(nèi)擴(kuò)散等復(fù)雜過(guò)程。
　　 4、研究了Al-OH和CTMAB改性膨潤(rùn)土去除染料的性能。羥基鋁柱撐膨潤(rùn)土(Al-OH-bentonite)對(duì)酸性湖藍(lán)A(ATBA)、堿性品紅(BV14)和堿性品綠(BG)三種染料的吸附效果要優(yōu)于鈉化膨潤(rùn)土，吸附率均達(dá)到95％以上：吸附等溫線符合Henry和Langmuir等溫線模型，動(dòng)力學(xué)曲線符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型；吸附能力大小為：BG>BV14>

8、ATBA。CTMAB有機(jī)插層膨潤(rùn)土(CTMAB-bentonite)對(duì)酸性品藍(lán)(AB25)、酸性藍(lán)(AB93)、酸性湖藍(lán)A(ATBA)和酸性金黃G(AGYG)的吸附率超過(guò)95％，吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別符合Freundlich等溫線模型和擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，吸附能力大小分別為：ATAB>AGYG>AB93>AB25。
　　 本論文通過(guò)對(duì)新型吸附材料--季銨型陽(yáng)離子淀粉/膨潤(rùn)土吸附材料對(duì)水中染料亞甲基蘭和剛果紅、對(duì)硝基苯酚、Cr(Ⅵ)和磷酸