改性红辉沸石的制备及对重金属镉吸附性能的研究

摘要

由于重金属引起的疾病具有潜伏周期长，危害性大的特点，所以如何处理重金属污染已经成为全世界关注的问题。而作为五毒之一的镉，镉会对人的呼吸道产生刺激作用，镉不是人体所需的必需元素，镉具有很强的毒性。红辉沸石具有很大的比表面积，使它具有较强的吸附能力和离子交换能力，是良好的吸附材料，在环境修复、环境治理等方面有着广泛的应用，特别是在处理处理含镉废水中，优势很明显。
　　吸附法作为化学操作的重要操作方法，在环保行业和化工行业中有着极为广泛的应用，吸附材料的再生也是使吸附剂可以实现重复利用的关键环节，可以降低生产成本。本文对红辉沸石进行了改性，采用三种不同的改性方法，研究了改性沸石对重金属镉的吸附性能的研究，其主要研究内容和结论如下:
　　1.考察不同的改性方法（酸改性、碱改性、盐改性）对红辉沸石的吸附效果的影响。通过与天然沸石吸附性能做对比，随着目数的增加（即粒径逐渐减小），对溶液中的镉的单位吸附量也会逐渐的增大。此外沸石经过改性之后吸附性能明显高于天然沸石对镉的吸附性能。在25℃的温度下，当NaOH改性沸石、HCl改性沸石、NaCl改性沸石投加量分别为0.5g、0.7 g、0.7g，天然沸石投加量为0.7g，Ph=6～7时，改性沸石振荡时间为4h，天然沸石振荡时间为3h，振荡转速为180r/min，NaOH改性沸石、HCl改性沸石、NaCl改性沸石对镉吸附量可达到112.36、101.63、85.03mg/g，天然沸石吸附量可达到60.33mg/g。
　　2.研究了改性沸石和天然沸石对重金属Cd2+吸附过程，结果表明三种改性沸石和天然沸石对重金属Cd2+吸附等温线都可以用Langmuir方程进行很好的描述，三种改性沸石的吸附量都随温度的升高而增大，焓变也大于0，因此改性沸石吸附重金属Cd2+属于吸热过程。
　　3.研究了改性沸石和天然沸石对重金属Cd2+吸附动力学，其结果表明在在298k～318k，伪二级动力学方程对改性沸石吸附重金属Cd2+拟合程度最高，相关拟合系数都在0.97以上。
　　4.从pH、温度、浓度等方面考察了改性红辉沸石对Cd2+离子的交换能力的影响;同时也研究了Cd2+离子与其他重金属阳离子的共存的影响，同时也考察了改性沸石对模拟废水的重金属去除效果。其结果表明沸石经过碱处理之后，沸石在一定程度上受到了破坏，而其他峰也没有明显的改变，使得沸石的晶质结构向非晶质结构转化，但没有完全改变晶质结构。当pH接近6时，改性沸石与重金属Cd2+的离子交换量是最大的。温度的提高，离子交换反应速率也加快，改性沸石对镉的吸附率也提高了，当Cd2+与其他重金属离子共存时，会对改性沸石与重金属Cd2+离子交换有影响，会发生竞争性交换。
　　5.本文还研究了改性沸石对模拟废水中的重金属Cd2+的去除效果，其结果表明，改性沸石能够有效的去除废水中的重金属Cd2+，且去除率达到98％以上。
　　6.通过各种表征技术可以观察样品表明，天然沸石原表面比较平滑，且呈现平整、密实的结构，而改性之后的沸石变得凹凸不平，表面变得疏松，有明显的孔洞现象，且平面有散状分布现象，使得表明表面变得粗糙。通过BET比表面积的测定，经过改性处理的沸石比表面积明显比天然沸石的要大，孔径也增大了。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 废水中镉的来源及存在的形式

1．2 镉的危害

1．3 废水中含镉的处理方法

1．3．1 化学处理法

1．3．2 物理处理方法

1．3．3 生物处理方法

1．4 沸石

1．4．1 沸石的结构

1．4．2 沸石的基本特性

1．4．3 沸石的改性

1．4．4 广西红辉沸石的概况

1．5 沸石在处理重金属沸废水中镉的应用

1．6 研究的目的意义

1．7 论文的研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验仪器和材料

2．1．1 主要实验仪器及设备

2．1．2 实验化学试剂

2．1．3 沸石的预处理

2．1．4 实验所用天然沸石与改性沸石

2．2 沸石的优选条件实验

2．2．1 时间对吸附率的影响

2．2．2 温度对吸附条件的影响

2．2．3 pH对吸附条件的影响

2．2．4 Cd2+初始浓度对吸附条件的影响

2．3 天然沸石与改性沸石对镉的吸附性能的对比研究

2．3．1 吸附动力学

2．3．2 等温吸附模型

2．4 沸石的再生实验

2．5 竞争阳离子存在时对改性沸石对吸附Cd2+的影响

2．6 吸附剂表征实验

2．6．1 扫描电镜分析

2．6．2 X-射线衍射分析(XRD)

2．6．3 红外光谱分析

2．7 数据处理

第三章 天然沸石与改性沸石对镉吸附性能的研究

3．1 不同目数沸石对镉的吸附效果

3．2 天然沸石对镉的吸附性能的研究

3．2．1 吸附时间对吸附反应的影响

3．2．2 温度对吸附条件的影响

3．2．3 pH对吸附条件的影响

3．2．4 Cd2+初始浓度对吸附反应的影响

3．3 改性沸石对镉的吸附性能的研究

3．3．1 改性沸石吸附时间对吸附Cd2+的影响

3．3．2 温度对吸附Cd2+的影响

3．3．3 pH对吸附Cd2+的影响

3．3．4 Cd2+初始浓度对吸附反应的影响

3．4 天然沸石和改性沸石对Cd2+的吸附机理

3．4．1 吸附热力学

3．4．2 吸附动力学

3．5 吸附再生实验

第四章 改性沸石对镉(Ⅱ)的交换性能研究

4．1 实验步骤

4．1．1 XRD分析

4．1．2 离子交换实验

4．2 实验结果与讨论

4．2．1 离子交换平衡时间的确定

4．2．2 pH值对离子交换反应的影响

4．2．3 温度的影响

4．2．4 Cd2+浓度对离子交换反应的影响

4．2．5 溶液中阳离子共存的影响

4．2．6 红辉沸石对模拟废水的去除效果

4．3 改性红辉沸石对Cd2+交换的等温线

第五章 沸石的表征和再生机理的初步研究

5．1 扫描电镜(SEM)分析

5．1．1 天然沸石和改性后的沸石SEM图

5．2 红外光谱分析

5．3 BET比表面积的测定

第六章 结论与展望

6．1 实验结论

6．2 后续工作

参考文献

攻读硕士期间发表文章

致谢

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