凹凸棒土的改性与应用研究

论文摘要

凹凸棒土是苏皖地区特色矿产资源,本论文在分析凹凸棒土的应用开发现状基础上,以提高凹凸棒土的吸附容量,开发高性能凹凸棒土吸附材料为目的,先对凹凸棒土（ATP）进行盐酸酸处理得酸改性凹凸棒土（HATP）,再开展硅烷偶联剂改性凹凸棒土（OHATP）吸附材料的制备研究。以重金属废水处理为目标,系统研究了OHATP对六价铬离子的吸附性能。采用不同浓度的盐酸处理凹凸棒土,采用FTIR、BET和XRD等手段对产品结构进行表征,结果显示,0.1M盐酸处理后的凹凸棒土的比表面积和孔容都明显增大,晶体结构没有发生变化。将硅烷偶联剂KH-550、KH-792接枝到HATP表面制得O1HATP、O2HATP吸附材料。系统研究了不同制备条件下制得的产品对六价铬吸附性能的影响。通过FTIR、TGA-DSC、XRD和BET对OHATP进行表征,结果证明KH-550、KH-792成功接枝到HATP表面。吸附实验结果表明,当KH-550、KH-792质量分数（相对OATP质量,下同）为1%,改性反应时间分别为4h和6h,,反应温度为50℃时,制备的O1HATP、O2HATP对六价铬离子的最大吸附容量可分别达到4.55mg·g-1和5.01mg·g-1。通过静态吸附试验,考察了ATP、OHATP对六价铬离子的吸附性能。通过对比发现,OHATP对铬离子的吸附量远远大于ATP对铬离子的吸附量,主要是因为OHATP表面大量的氨基易于与铬离子形成化学键。准二级动力学方程能够更好的描述OHATP对六价铬离子的吸附过程,表明化学吸附是OHATP对铬离子的主要吸附速率步骤。在前二十分钟,O1HATP和O2HATP对铬离子的吸附非常迅速,对铬离子的去除率分别达到70%和74.9%,当吸附时间达到40min时,吸附基本达到平衡。O1HATP和O2HATP对六价铬离子的吸附平衡实验数据能够较好地符合Langmuir和Redlich-Peterson吸附等温方程,其最大吸附量分别为5.53mg·g-1、5.13mg·g-1。OHATP经热醋酸再生重复吸附第4次后的吸附量仍为第1次吸附量的90%以上,保持较好吸附性能,具有一定的实用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 凹凸棒土的晶体结构及资源储量
• 1.2 凹凸棒土的性质
• 1.2.1 凹凸棒土的物理性质
• 1.2.2 凹凸棒土的物化性能
• 1.3 凹凸棒土的改性
• 1.3.1 提纯
• 1.3.2 热活化
• 1.3.3 酸化改性
• 1.3.4 有机改性
• 1.3.5 混合方法
• 1.4 凹凸棒土在重金属废水处理中的应用
• 1.5 立题意义和主要研究内容
• 参考文献
• 第二章 凹凸棒土的盐酸改性及表征
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 仪器及设备
• 2.1.3 试验方法
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 BET比表面积和全孔分布分析
• 2.2.2 傅里叶变换红外光谱（FT-IR）
• 2.2.3 XRD
• 2.3 酸化改性凹凸棒土的改性机理
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 凹凸棒土的硅烷偶联剂改性及表征
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 试验材料
• 3.1.2 仪器及设备
• 3.3 试验方法
• 3.3.1 改性步骤
• 3.3.2 改性凹凸棒土对离子吸附量的测定
• 3.3.3 红外光谱分析（FTIR）
• 3.3.4 差示扫描量热分析（DSC）和热失重分析（TGA）
• 3.3.5 X射线衍射（XRD）分析
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 制备条件对OHATP的铬离子吸附量影响
• 3.4.2 改性凹凸棒土的结构表征
• 3.4.3 偶联剂改性HATP机理探讨
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 第四章 改性凹凸棒土对六价铬离子吸附性能研究
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 试验材料
• 4.1.2 仪器及设备
• 4.1.3 试验方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 吸附条件考察
• 4.2.2 吸附动力学与吸附等温线
• 4.2.3 改性凹凸棒土再生利用
• 4.3 本章小结
• 参考文献
• 第五章 结论
• 致谢
• 硕士期间发表的学术论文