复合改性纳米蒙脱土材料的制备及其对水中Cr（Ⅵ）吸附效果应用研究

论文摘要

蒙脱土是一种硅铝酸盐矿物,其具有层状-多孔立体形态结构,比表面积大,有较高的阳离子交换容量（Cation Exchange Capacity,简称CEC）,在处理含Cr（Ⅵ）工业废水方面具有独特优势。本文采用溶胶-凝胶法制备钛酸四丁酯（TBT）和乙二胺四乙酸（EDTA）阴-阳离子复合改性纳米蒙脱土。以模拟废水中Cr（Ⅵ）去除率为吸附剂性能评价指标,对所制备的改性蒙脱土进行吸附性能对比。通过XRD、FT-IR、BET、SEM、TEM分析方法对吸附剂进行了表征。优化了吸附剂制备条件和工艺条件,研究了其对不同重金属离子的吸附性能及再生。建立Langmuir、Freundlic两种吸附等温方程和准一级、准二级、颗粒内扩散三种动力学模型,探究吸附等温线和吸附动力学。用TBT改性蒙脱土,通过表征分析表明改性后蒙脱土的纳米片层结构没有被破坏。以TBT柱化剂浓度15 mmol/g,超声功率80W,超声温度25℃,固液比1.0%为条件制备的TBT-MT-Q吸附效果最佳,对Cr（Ⅵ）去除率为81.02%,单位吸附量为12.18 mg/g。用EDTA和TBT复合改性蒙脱土,通过表征分析表明复合改性后蒙脱土的纳米片层结构没有被破坏。两改性剂同时加入摩尔比为1:2时制备样品对Cr（Ⅵ）去除率达到97%,单位吸附量为14.20 mg/g。对工艺条件研究发现,在反应温度25℃,Cr（Ⅵ）初始浓度30 mg/L,模拟废水pH=6.0,投加量0.2 g/100mL时样品对Cr（Ⅵ）去除率为99.012%,单位吸附量为14.851mg/g。通过再生研究发现:第一次再生后去除率为96.680%,继续进行吸附再生试验时Cr（Ⅵ）去除率降低。当再生次数达到4次时,几乎没有吸附效果。样品ETAM-1:2对Fe（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）、Cu（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）也有良好的吸附能力。最后,研究了改性蒙脱土吸附Cr（Ⅵ）的吸附等温方程和吸附动力学。通过拟合得出Langmuir等温方程能更好的描述该过程。通过颗粒内扩散模型、准一级、二级动力学计算得:准二级动力学更符合Cr（Ⅵ）吸附过程,整个吸附过程中除了物理吸附还有化学吸附。通过颗粒内扩散拟合发现整个吸附过程分为“快速吸附”和“未饱和吸附”两个阶段,经过拟合得出快速吸附阶段速率大于未饱和吸附阶段速率(kd1>kd2)。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
•   1.1 含铬Cr（Ⅵ）工业废水的危害
•   1.2 含铬Cr（Ⅵ）工业废水的来源
•   1.3 含铬Cr（Ⅵ）工业废水的处理方法
•     1.3.1 生物法
•     1.3.2 膜分离法
•     1.3.3 吸附法
•     1.3.4 化学法
•     1.3.5 电解法
•     1.3.6 离子交换法
•   1.4 纳米蒙脱土（MT）材料的结构与性质
•   1.5 纳米蒙脱土（MT）材料的改性方法
•     1.5.1 纳米蒙脱土材料Inorganic（无机）
•     1.5.2 纳米蒙脱土材料Organic（有机）改性
•     1.5.3 纳米蒙脱土无机-有机复合改性
•   1.6 超声技术在制备吸附剂中的应用
•   1.7 该课题研究目的和内容
•   1.8 TBT-EDTA阴-阳改性纳米蒙脱土吸附Cr（Ⅵ）机理
• 第二章 实验部分
•   2.1 实验试剂与仪器
•     2.1.1 实验试剂
•     2.1.2 实验仪器
•   2.2 Cr（Ⅵ）浓度检测方法及Cr（Ⅵ）标准曲线
•   2.3 复合改性蒙脱土吸附剂的吸附效果评价
•   2.4 吸附剂的表征
•     2.4.1 Zeta-电位
•     2.4.2 比表面积与孔径分析（BET）
•     2.4.3 扫描电镜（SEM）-X射线能谱联用（SEM-EDS）
•     2.4.4 X-ray射线衍射（XRD）
•     2.4.5 傅立叶变换红外光谱（FT-IR）
•     2.4.6 透射电子显微镜分析（TEM）
• 第三章 TBT改性纳米蒙脱土材料吸附剂制备条件筛选
•   3.1 TBT改性纳米蒙脱土吸附剂制备
•     3.1.1 改性纳米蒙脱土吸附剂的制备：
•     3.1.2 柱化反应
•     3.1.3 吸附Cr（Ⅵ ）实验
•     3.1.4 筛选不同纳米级蒙脱土
•     3.1.5 吸附剂命名
•   3.2 吸附剂制备条件的筛选
•     3.2.1 钛酸四丁酯（TBT）浓度的不同对Cr（Ⅵ ）吸附效果的影响
•     3.2.2 超声功率不同对Cr（Ⅵ）吸附效果的影响
•     3.2.3 超声温度的不同对Cr（Ⅵ）吸附效果的影响
•     3.2.4 固液比不同对Cr（Ⅵ）吸附效果的影响
•   3.3 小结
• 第四章 TBT-EDTA复合改性纳米蒙脱土材料吸附剂制备、工艺条件的优化
•   4.1 TBT-EDTA改性纳米蒙脱土吸附剂的制备及吸附研究
•     4.1.1 纳米级蒙脱土悬浮液的制备
•     4.1.2 TBT柱化剂的制备
•     4.1.3 EDTA柱化剂的制备
•     4.1.4 TBT-EDTA阴-阳离子复合改性蒙脱土
•     4.1.5 吸附Cr（Ⅵ）实验
•   4.2 TBT-EDTA改性吸附剂优化制备条件
•     4.2.1 TBT和 EDTA加入方式对Cr（Ⅵ）吸附效果的影响
•     4.2.2 TBT和 EDTA不同摩尔比对Cr（Ⅵ）吸附效果的影响
•   4.3 吸附剂工艺条件的优化
•     4.3.1 pH不同对Cr（Ⅵ）吸附性能的影响
•     4.3.2 投加量的不同对Cr（Ⅵ）吸附性能的影响
•     4.3.3 不同温度对Cr（Ⅵ）吸附性能的影响
•     4.3.4 Cr（VI）初始浓度对Cr（Ⅵ）吸附性能影响
•   4.4 吸附剂再生及其对其他重金属离子的吸附
•     4.4.1 吸附剂的再生
•     4.4.2 吸附剂对其他重金属离子的吸附
•   4.5 小结
• 第五章 TBT-EDTA-MT吸附动力学和吸附等温方程的研究
•   5.1 吸附等温方程
•     5.1.1 Langmuir吸附等温方程
•     5.1.2 Freundlich isotherm方程
•     5.1.3 Langmuir等温方程数据拟合与结果分析
•   5.2 吸附过程动力学过程
•     5.2.1 吸附动力学实验
•     5.2.2 吸附动力学方程
•     5.2.3 动力学拟合结果
•   5.3 小结
• 第六章 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 创新点
•   6.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间取得的成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 吴笑江

导师: 赵彬侠,于文杰

关键词: 纳米级蒙脱土,阴阳离子复合,吸附

来源: 西北大学

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑

专业: 化学,环境科学与资源利用

单位: 西北大学

分类号: O647.3;X703

总页数: 82

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