减电荷锂化膨润土的制备及吸附性能研究

摘要

目前，通过改变膨润土内部结构特性以提高其吸附性能一直是研究者关注的研究点，而增大膨润土内部硅氧烷表面是调整膨润土内部结构特性的方式之一，相关研究表明硅氧烷表面具有吸附有机污染物的能力。目前对膨润土硅氧烷表面调控的研究多集中于对减电荷锂化膨润土进行短碳链插层并研究其对带苯环的小分子有机物（苯酚、硝基苯）的吸附性能，而对减电荷锂化膨润土本身吸附性能的探究工作还有待开展。同时减电荷锂化膨润土的制备目前多采用传统加热方式，加热所需温度高且时间长，制约了这类改性土在实际生产中的应用。
　　针对目前存在的问题，本课题采用微波加热法制备减电荷锂化膨润土，并对制备过程中各工艺参数进行优化分析；同时对减电荷锂化膨润土进行表征以探明其内部构造变化；并将减电荷锂化膨润土应用于对刚果红与亚甲基蓝这两类染料废水的处理，探究各反应条件对其吸附刚果红分子与亚甲基蓝分子的影响，并对其进行吸附动力学与吸附等温线分析以探明吸附机理。通过相关实验数据分析，得出以下研究结果：
　　1、减电荷锂化膨润土的制备与表征的实验结果显示，微波加热法可有效降低锂化土的层间电荷，且层间电荷的下降对蒙脱石基本架构的影响较小。其中，0.80CEC-Li-Bent的制备条件为：Q=40W/g，t=8min；0.67CEC-Li-Bent的制备条件为：Q=80W/g， t=4min；0.44CEC-Li-Bent的制备条件为：Q=80W/g，t=8min。制备所需的能耗与时间明显少于传统加热方式。锂化土在微波加热的过程中，层间锂离子脱去水分子进入蒙脱石晶层结构中，层间电荷逐渐下降，在减电荷的过程中，蒙脱石的晶层结构出现少许变形但基本架构变化不大。微波减电荷的过程使得其层间原先附着在硅氧烷表面的水分子得以挥发，锂离子的迁移使得原本由锂离子隔开的层间硅氧烷表面逐渐连接成片，另外蒙脱石对层间离子的作用力下降，片层之间形成带有大量硅氧烷表面的孔隙，因此减电荷锂化膨润土的硅氧烷表面具有良好的连续性。当层间电荷进一步下降至原先的0.44倍时，虽其层间已经坍塌，但蒙脱石晶层结构仍然完整。
　　2、减电荷锂化膨润土对刚果红吸附性能实验结果表明：
　　减电荷锂化膨润土对100mg/L刚果红溶液吸附效果基本随着层间电荷的降低而升高，其中对于0.44CEC-Li-Bent，其在pH=6、投药量1.6g/L、反应时间60min时对100mg/L的刚果红溶液吸附率达94.6％。减电荷锂化膨润土对刚果红的吸附符合准二级动力学模型与颗粒内扩散模型；且与 Freundlich吸附等温模型拟合较好，即对刚果红的吸附主要为非均匀表面吸附及多分子层吸附。减电荷锂化膨润土对直接染料的吸附效果要好于对酸性染料与活性染料的吸附效果。
　　3、减电荷锂化膨润土对亚甲基蓝的吸附性能实验结果表明：
　　减电荷锂化膨润土对200mg/L亚甲基蓝溶液的吸附实验结果显示，其对亚甲基蓝的吸附率要低于锂化土，并随着层间电荷的降低而降低。其中锂化土在溶液pH=8、投药量0.6g/L、反应时间60min时对200mg/L的亚甲基蓝溶液吸附率达99.9%。锂化土与减电荷锂化膨润土对亚甲基蓝的吸附过程与准二级动力学模型及颗粒内扩散模型拟合较好；且与Langmuir吸附等温模型拟合较好，即产生交换吸附，溶液中亚甲基蓝分子将膨润土层间可交换阳离子置换出来，因此减电荷锂化膨润土对亚甲基蓝的吸附效果随层间电荷的降低而降低。

目录

第一章 绪论

1.1 膨润土的概念及特性

1.2 膨润土的改性方法

1.3 减电荷锂化膨润土及其研究现状

1.4 染料废水污染及其研究现状

1.5 本课题研究目的及意义

1.6 本课题研究目标、研究内容及技术路线

第二章 实验材料和设备及方法

2.1 实验材料与设备

2.2 实验方法

第三章 减电荷锂化膨润土的制备与表征

3.1减电荷锂化膨润土制备的正交试验

3.2微波功率与时间对锂化土层间电荷的影响

3.3减电荷锂化膨润土的表征

3.4 本章小结

第四章 减电荷锂化膨润土对刚果红吸附性能研究

4.1层间电荷大小对刚果红的吸附效果影响

4.2相同微波条件下的钙基土与锂化土对刚果红吸附效果对比

4.3 pH值对刚果红吸附效果的影响

4.4投药量对刚果红吸附效果的影响

4.5 反应时间对刚果红吸附效果的影响

4.6 初始浓度对刚果红吸附效果的影响

4.7 离子强度（NaCl）对刚果红吸附效果的影响

4.8 吸附动力学分析

4.9 吸附等温线分析

4.10 减电荷锂化膨润土对各类染料的吸附效果

4.11 本章小结

第五章 减电荷锂化膨润土对亚甲基蓝吸附性能研究

5.1 不同层间CEC锂改性膨润土对亚甲基蓝的吸附效果

5.2 pH值对亚甲基蓝吸附效果的影响

5.3 投加量对亚甲基蓝吸附效果的影响

5.4 反应时间对亚甲基蓝吸附效果的影响

5.5 初始浓度对亚甲基蓝吸附效果的影响

5.6 离子强度(NaCl)对亚甲基蓝吸附效果的影响

5.7 吸附动力学分析

5.8 吸附等温线分析

5.9本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

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致谢