膨胀石墨的制备及其对金属离子去除性能的研究

论文摘要

膨胀石墨是一种多孔性材料,孔径范围广,总孔容大,在吸附方面有巨大的潜力。本文的目的主要是研究膨胀石墨对于几种代表性的金属离子的吸附性能,优化吸附条件,并且在实验数据的基础上进行数学分析和机理研究,为进一步提高膨胀石墨的吸附能力和应用范围提供理论依据和方向。此外,本文还制备了改性膨胀石墨,以提高膨胀石墨的吸附性能。本文以青岛宏达购买的可膨胀石墨为原料采用微波膨胀法制备出膨胀石墨,通过BET方程和BJH法计算其比表面积、孔体积和孔径分布；采用扫描电子显微镜（SEM）和FT-IR红外分析仪观察了膨胀石墨的微观形貌结构以及膨胀石墨含有的官能团。膨胀石墨吸附铅、铬、锡离子吸附实验结果表明：溶液pH是控制三种金属离子吸附过程的重要因素；当溶液呈中性或偏酸性时,铅溶液的初始浓度为300mg/L,吸附时间为300min时,膨胀石墨对含铅离子的吸附量达到63mg/g；当溶液在pH=3时,膨胀石墨对铬离子的吸附效果最好；当溶液呈偏酸性,锡溶液的初始浓度为300mg/L,吸附时间为120min时,膨胀石墨对锡离子的吸附量达到343mg/g。另外,分别采用Langmuir吸附等温线方程、Freundlich吸附等温线方程和Temkin吸附等温线方程对膨胀石墨吸附三种金属的实验数据进行拟合,结果表明Langmuir等温线方程能较好地描述三种金属离子在膨胀石墨上的吸附平衡,膨胀石墨吸附三种金属离子的Langmuir模型极限吸附容量分别为70.42mg/g,2.77mg/g,378.78mg/g。采用准一级、准二级、Elovich和Ritchie’s-二阶吸附动力学模型分析了实验数据,发现准二级动力学模型能更好地描述吸附过程。经过纳米氢氧化镁改性后的膨胀石墨对铅离子吸附的实验结果表明：对比原膨胀石墨,可以发现改性膨胀石墨能有效地吸附铅离子,其吸附量由原来的70mg/g提高到105mg/g。当初始pH值为4-6、含Pb（Ⅱ）废水初始浓度为100mg/L、改性膨胀石墨投加量为0.035g、吸附时间为120min,25℃条件下,含铅废水的去除率为98%左右。采用Langmuir、Freundlich以及Temkin吸附等温模型对数据进行了拟合,发现Langmuir模型具有更好的线性相关性。分别采用准一级动力学模型、准二级、Elovich、Ritchie’s-二阶动力学模型分析了实验数据,发现改性膨胀石墨吸附铅离子的整个过程能更好地符合准二级动力学模型。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 膨胀石墨简介
• 1.3 目前国内外膨胀石墨的技术发展现状
• 1.4 膨胀石墨的制备
• 1.5 膨胀石墨的结构分析
• 1.6 膨胀石墨的性能表征
• 1.7 膨胀石墨的应用
• 1.8 膨胀石墨对金属离子吸附的理论基础
• 1.9 本课题研究的主要研究内容
• 1.10 本课题的研究意义
• 2 实验部分
• 2.1 实验材料及主要试剂
• 2.2 实验主要设备及仪器
• 2.3 膨胀石墨的制备
• 2.4 膨胀石墨的表征
• 2.5 本章小结
• 3 膨胀石墨对铅离子吸附性能研究
• 3.1 实验内容及分析方法
• 3.2 膨胀石墨吸附铅后的EDS表征
• 3.3 膨胀石墨吸附Pb（Ⅱ）处理工艺的研究
• 3.4 热力学计算
• 3.5 吸附等温线拟合
• 3.6 膨胀石墨吸附铅离子的动力学研究
• 3.7 吸附机理探讨
• 3.8 膨胀石墨再生实验研究初探
• 3.9 本章小结
• 4 膨胀石墨对铬离子吸附性能研究
• 4.1 实验内容及分析方法
• 4.2 膨胀石墨吸附Cr（Ⅵ）实验
• 4.3 吸附热力学
• 4.4 吸附等温线
• 4.5 膨胀石墨吸附铬离子的动力学研究
• 4.6 吸附机理探讨
• 4.7 本章小结
• 5 膨胀石墨对锡离子的吸附特性研究
• 5.1 实验内容及分析方法
• 5.2 膨胀石墨吸附锡后EDS表征
• 5.3 锡离子吸附实验
• 5.4 热力学计算
• 5.5 吸附等温线拟合
• 5.6 动力学研究
• 5.7 吸附机理探讨
• 5.8 本章小结
• 6 改性膨胀石墨吸附铅离子研究
• 6.1 引言
• 6.2 改性膨胀石墨的制备
• 6.3 改性膨胀石墨的表征
• 6.4 不同负载率的改性膨胀石墨对铅、铬的吸附效果
• 6.5 改性膨胀石墨对铅的吸附效果影响
• 6.6 热力学计算
• 6.7 吸附等温线拟合
• 6.8 改性膨胀石墨吸附铅的动力学研究
• 6.9 吸附机理研究
• 6.10 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 7.3 存在问题
• 参考文献
• 攻读硕士期间科研与论文情况
• 致谢