改性膨润土的制备及其吸附性能研究

论文摘要

膨润土（Bentonite）是以蒙脱石（Montmorillonite）为主要成分的一类层状硅酸盐粘土矿物。利用膨润土的离子交换性,膨润土可以与简单金属离子、有机季胺盐阳离子进行层间离子交换,达到改性目的。改性后,其层间域、吸附性能等理化性能得到明显改善,并在环境治理领域得到广泛关注。论文针对鄂州膨润土开发应用研究比较薄弱的现状,详细研究了鄂州某地膨润土的基本理化性质和类型,并针对其性能指标重点研究了该膨润土的钠化改型和有机插层的最佳工艺及条件,并将所制备的改性膨润土应用于对含Cu2+和餐饮含油废水中,详细研究了鄂州膨润土对水中重金属离子和有机物油份的吸附性能。鄂州天然膨润土的纯度不高,蒙脱石含量为73.8%,而在膨润土的改性和深加工时,要求蒙脱石的含量达到90%以上,因此膨润土的提纯显得尤为重要。论文采用沉降提纯工艺提纯,通过对吸蓝量的测定,提纯后其蒙脱石含量提高到93.4%。通过单因素实验,确定了膨润土钠化改型的较佳工艺条件:碳酸钠为改型剂,用量为5%,矿浆浓度15%,搅拌时间15min。钠化改型后膨润土的理化性能得到明显提高,胶质价和膨胀容分别由原矿的100mL/15g,11.0mL/g提高到500mL/15g,72.0mL/g,X射线衍射图谱分析表明d001值由原来的1.53nm变为1.24nm,层间域的Ca2+被Na+交换,由钙基膨润土变为钠基膨润土。膨润土的有机改性研究中,重点研究了十八烷基三甲基氯化铵（1831）改性膨润土的各项影响因素,并制备出了一系列有机膨润土。根据层间域的大小(即d001值)作为有机膨润土制备效果评价指标,并结合衍射峰的数量、峰强、峰的尖锐性和峰的对称性来加以综合评价。确定了有机膨润土的较佳制备工艺:矿浆浓度5%,有机插层前洗涤3次,覆盖剂用量40%,反应温度65℃,反应时间7h。经有机改性后,其d001值可达4.167nm。论文利用提纯钙基膨润土、钠基膨润土和有机膨润土三种粉末作为吸附剂,分别对含Cu2+废水和模拟餐饮含油废水进行系统吸附研究,通过吸附动力学曲线和等温吸附线来比较对重金属离子和含油废水的吸附性能。结果表明:钠基膨润土对Cu2+的吸附效果最好,有机膨润土（1831-膨润土）对油份的吸附效果最好。论文通过建立膨润土改性模型,更加直观地说明了其改性机理,清晰地展示其内部变化过程。结合红外扫描技术,将有机膨润土对油份的吸附过程清晰地展现出来,并通过红外图谱来阐述其内部结构的变化,说明有机膨润土对油份的吸附包括物理吸附和化学吸附,主要为化学吸附。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 膨润土概述
• 1.2 膨润土的矿物学特征
• 1.2.1 膨润土的组成及结构
• 1.2.2 膨润土的属性划分
• 1.2.3 膨润土的工艺特性
• 1.3 改性膨润土国内外研究现状
• 1.4 膨润土在水处理中的应用
• 1.4.1 膨润土对水中重金属的吸附
• 1.4.2 膨润土对水中有机物的吸附
• 1.4.3 膨润土对水中其它污染物的吸附
• 1.5 鄂州膨润土应用研究现状
• 1.5.1 鄂州膨润土的应用与研究现状
• 1.5.2 存在的问题及发展趋势
• 1.6 研究内容与成果
• 第二章 试验原料、设备及研究方法
• 2.1 实验原料
• 2.1.1 膨润土原矿样品的制备
• 2.1.2 膨润土的理化性质
• 2.1.3 膨润土主要组成成分分析
• 2.1.4 膨润土的XRD分析
• 2.2 试剂与设备
• 2.2.1 主要试剂
• 2.2.2 仪器设备
• 2.3 膨润土加工
• 2.3.1 膨润土提纯
• 2.3.2 钠化改型
• 2.4 改性膨润土的制备方法
• 2.4.1 制备方法
• 2.4.2 制备工艺
• 2.5 溶液的配制方法
• 2.5.1 模拟废水溶液的配制
• 2.5.2 缓冲溶液的配制
• 2.5.3 显色剂的配制
• 2.5.4 消解液的配制
• 2.5.5 标物的配制
• 2.6 水中污染物的测定
• 2+浓度的测定'>2.6.1 Ca²⁺浓度的测定
• 2.6.2 含油废水COD的测定
• 第三章 改性膨润土的制备
• 3.1 钠化改型影响因素探讨
• 3.1.1 改型剂种类对钠化效果的影响
• 3.1.2 改型剂用量对钠化效果的影响
• 3.1.3 矿浆浓度对钠化效果的影响
• 3.1.4 搅拌时间对钠化效果的影响
• 3.1.5 搅拌速度对钠化效果的影响
• 3.2 有机膨润土的制备研究
• 3.2.1 正交实验研究
• 3.2.2 调优实验研究
• 3.2.3 不同季铵盐对产品XRD图谱的影响
• 3.3 本章小结
• 2+渡水研究'>第四章 改性膨润土吸附处理含Cu²⁺渡水研究
• 4.1 吸附效果影响因素探讨
• 4.1.1 固液接触时间的影响
• 4.1.2 溶液pH值的影响
• 4.1.3 改性膨润土投加量的影响
• 4.1.4 溶液初始浓度的影响
• 4.2 本章小结
• 第五章 改性膨润土吸附处理含油废水研究
• 5.1 吸附效果影响因素探讨
• 5.1.1 固液接触时间的影响
• 5.1.2 吸附剂用量的影响
• 5.1.3 溶液初始浓度的影响
• 5.1.4 乳化剂含量的影响
• 5.2 本章小结
• 第六章 吸附剂的表征及吸附机理探讨
• 6.1 吸附剂的表征
• 6.1.1 X射线衍射图谱分析（XRD）
• 6.1.2 红外光谱分析
• 6.2 吸附性能及机理探讨
• 6.2.1 三种改性膨润土吸附性能研究
• 6.2.2 吸附机理探讨
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间（待）发表的论文
• 附录