氨基修饰纳米SiO2吸附4种染料的性能研究

论文摘要

本文利用原位修饰法制备的γ-氨丙基三乙氧基硅烷（APS）表面修饰的纳米二氧化硅（AMNS）作为新型吸附剂,探讨了将其作为吸附剂对茜素红AR、刚果红CR、结晶紫CV和孔雀石绿MG等染料模拟废水进行处理的可行性,研究了其对染料的吸附性能、吸附机理和吸附动力学,为开发利用AMNS作为吸附剂提供了理论依据。此外,并与未修饰的纳米SiO2在相同条件下进行了吸附性能的比较;考察了AMNS与活性炭在吸附容量、吸附速度、再生性能方面的对比,实验结果如下:（1）影响吸附的因素有:染料溶液初始pH、吸附剂用量、吸附时间、染料溶液初始浓度和温度。AMNS吸附性能受溶液的pH影响很大,对于AR、CR,随着溶液pH的降低吸附率增加,而CV和MG随pH的降低吸附率减少,这与不同pH值下吸附剂表面电荷有关; CR、CV和MG随着温度升高吸附率增加,AR随着温度升高吸附率减少;增加吸附剂用量和吸附时间、染料初始浓度都能提高对染料的吸附率,但吸附量却随着吸附剂用量的增加而降低,随着染料溶液初始浓度的增加而增加。而随着溶液初始浓度的增加,AMNS对染料的吸附量增加,吸附率降低,因此,在实际应用时要同时考虑这两方面。（2） AMNS吸附两种阴离子染料（AR、CR）和两种阳离子染料（CV、MG）都较好的符合Langmuir吸附等温式。在实验最佳条件下对阴离子染料（AR、CR）和阳离子染料（CV、MG）的饱和吸附量分别达到200.0 mg·g-1、133.3 mg·g-1、40.0 mg·g-1和102.0 mg·g-1。其中,对阴离子染料具有较高的饱和吸附量。（3） AMNS对这四种染料吸附速率都较快,前10min时的吸附率和吸附量上升最快,然后时间持续60min时吸附基本达到平衡,吸附动力学都较好的符合Lagergren准二级反应模型;其吸附阴、阳离子染料主要是通过静电作用完成。（4）热力学分析表明,AMNS吸附AR时,△H 0<0,△S0<0,△G 0<0,是自发放热过程,吸附后体系变得更加有序;AMNS吸附CR、CV和MG时,△H 0>0,△S0>0,△G0<0,是自发吸热过程,吸附后体系变得更加紊乱。（5）将AMNS对阳离子染料、阴离子染料的吸附性能进行了对比,结果表明:对阴离子染料的饱和吸附容量比较大。（6）在相同实验条件下,AMNS吸附AR、CR和MG比未修饰的纳米SiO2效果好,这可能是因为AMNS表面存在活性官能团-NH2,更易于与其他官能团相互作用。（7） AMNS比活性炭相对的更适合用于吸附AR、CR和MG染料废水,主要有下面3个优点:①吸附容量较大;②吸附速度快;③可再生,AMNS在酸性或碱性解吸剂的作用下,能够释放出来被吸附的染料分子,吸附剂达到重复利用,染料浓缩回收,从而获得两方面的效益。因此,AMNS作为一种新型的吸附剂对染料废水的预处理或深度处理具有很大的优势,将它应用于工业化处理,有利于降低成本,提高处理效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.1.1 纳米二氧化硅的特点及应用
• 1.1.2 纳米材料吸附剂研究现状
• 1.2 我国染料工业现状
• 1.2.1 染料废水来源及分类
• 1.2.2 染料废水特点及危害
• 1.3 染料废水处理的研究进展
• 1.3.1 物理法
• 1.3.2 化学法
• 1.3.3 生化法
• 1.3.4 其它方法
• 1.4 选题依据和研究内容
• 参考文献
• 第二章 实验物料、设备及方法
• 2.1 实验物料
• 2.2 实验试剂
• 2.3 实验设备测试仪器
• 2.4 AMNS 的表征
• 2.4.1 红外表征
• 2.4.2 BET 表征
• 2.4.3 透射电镜表征
• 2.5 实验部分
• 2.5.1 分析方法
• 2.5.2 染料的测定方法
• 2.5.3 吸附实验方法
• 2.5.4 解吸实验
• 参考文献
• 第三章 AMNS 对茜素红和刚果红的吸附性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 pH 值对吸附效果的影响
• 3.2.2 吸附时间对吸附效果的影响
• 3.2.3 AMNS 投加量对吸附效果的影响
• 3.2.4 茜素红和刚果红初始浓度对吸附效果的影响
• 3.2.5 温度对吸附效果的影响
• 3.3 吸附等温线
• 3.3.1 Langmuir 吸附等温线
• 3.3.2 Freundlich 吸附等温线
• 3.4 吸附动力学
• 3.4.1 准一级动力学模型
• 3.4.2 准二级动力学模型
• 3.5 吸附热力学
• 2 吸附性能比较'>3.6 AMNS 与未修饰的SiO₂吸附性能比较
• 3.7 AMNS 与活性炭性能比较
• 3.7.1 吸附容量比较
• 3.7.2 吸附速度比较
• 3.7.3 再生性能比较
• 本章小结
• 参考文献
• 第四章 AMNS 对结晶紫和孔雀石绿的吸附性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 pH 值对吸附效果的影响
• 4.2.2 吸附时间对吸附效果的影响
• 4.2.3 AMNS 投加量对吸附效果的影响
• 4.2.4 结晶紫和孔雀石绿初始浓度对吸附效果的影响
• 4.2.5 温度对吸附效果的影响
• 4.3 吸附等温线
• 4.3.1 Langmuir 等温线
• 4.3.2 Freundlich 吸附等温线
• 4.4 吸附动力学
• 4.4.1 准一级动力学模型
• 4.4.2 准二级动力学模型
• 4.5 吸附热力学
• 2 吸附性能比较'>4.6 AMNS 与未修饰的SiO₂吸附性能比较
• 4.7 AMNS 与活性炭性能比较
• 4.7.1 吸附容量比较
• 4.7.2 吸附速度比较
• 4.7.3 再生性能比较
• 本章小结
• 参考文献
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 硕士期间发表论文
• 致谢