南阳麦饭石性能及改性研究

摘要

麦饭石是一种保健药石,也是一种吸附性矿物,具有生物活性、吸附性、双向调节pH值、溶出性、矿化性、无毒无害性等多种特性。近年来,由于经济的发展,一方面,人们生活水平提高,对保健越来越重视;另一方面,环境污染特别是水质污染越来越严重,威胁人们的健康生活。麦饭石由于其良好的吸附性和低廉的价格,是一种治理水质污染经济实用的选择,其溶出性和矿化性对人体保健很有帮助。因而人们对利用麦饭石来制作保健产品,通过改性来改善麦饭石的吸附性能,提高其对无机、有机污染物及细菌等的吸附性,增强其去除水质污染物的能力,拓宽其应用范围,提高其利用价值的研究越来越多。
　　本文研究了南阳麦饭石的溶出性能、pH值双向调节性能,并且以硫酸铵为吸附质,分别用热处理、硫酸、氢氧化钠、HPAM和部分钠盐、钾盐、镁盐和铵盐溶液为改性方法或改性剂,探讨了其对南阳麦饭石吸附硫酸铵溶液中铵氮的影响,根据其改性前后对铵氮吸附率的变化,比较了各种方法的特点和优劣,总结了改性规律,确定了最优改性手段,为南阳麦饭石的广泛应用提供依据。研究表明:南阳麦饭石在水中能溶出Si、Al、Fe、Ca、K、Mg、Na、Mn、Zn、B等多种常量和微量元素,溶出性能良好,对水溶液pH值有双向调节作用,调节幅度△pH为1~1.5。
　　麦饭石用量增加及吸附时间延长,其对铵氮的吸附率随之增加。南阳麦饭石对溶液中铵氮既有物理吸附又有离子交换吸附,其物理吸附速率符合Langmuir吸附速率方程,离子交换吸附量是物理吸附量的8.23倍。选用不同方法和改性剂改性的南阳麦饭石对铵氮的吸附率不同,吸附率从大到小依次为:盐溶液改性>HPAM改性>碱改性>CK>酸改性>热处理改性(按各方法的最高吸附率计)。不同盐溶液改性的麦饭石对铵氮的吸附率也不同,吸附率从大到小为:钠盐>钾盐>CK>镁盐>铵盐(按最高吸附率计)。在实验范围内,对南阳麦饭石原样煅烧时,温度以300℃,时间不超过4h为宜。
　　酸碱改性时,硫酸改性南阳麦饭石最适宜条件为:温度:90℃;改性时间:1h;用量:16.7mL/g;浓度:0.5mol/L。氢氧化钠改性南阳麦饭石最适宜条件为:温度:常温;改性时间:5h;用量:41.7mL/g;浓度:2.5mol/L。HPAM改性时,适宜的改性条件为:PAM水解度:30％;PAM水解时间:3h;HPAM浓度:0.3％(wt％)。对于南阳麦饭石,钠盐中Na2SO4改性麦饭石对铵氮的吸附效果最好。Na2SO4适宜的改性麦饭石的条件为:温度:常温;改性时间:0.5h~1h;用量:12.5mL/g~25mL/g;浓度:0.5mol/L~1.0mol/L;pH值:7。

目录

摘要

Abstract

1 前言

1.1 麦饭石地质学特点和结构

1.2 麦饭石物化性质

1.2.1 吸附性能

1.2.2 溶出和矿化性能

1.2.3 生物活性

1.2.4 对水溶液中元素含量和pH值的双向调节作用

1.3 吸附性矿物改性方法

1.3.1 热改性

1.3.2 无机酸碱活化改性

1.3.3 无机盐改性

1.3.4 有机改性

1.3.5 超声波改性

1.3.6 交联改性

1.3.7 改变硅铝比和再铝化

1.3.8 改性效果评价方法

1.4 本课题背景、目的和意义

1.5 研究的主要内容

2 文献综述

2.1 麦饭石溶出性能研究

2.2 麦饭石改性及吸附性能研究

3 实验研究方案

3.1 实验原料

3.2 主要仪器设备

3.3 研究方案

3.3.1 南阳麦饭石中元素溶出性能研究

3.3.2 改性研究

3.3.3 吸附性能研究

3.3.4 pH调节性能研究

4 研究结果及讨论

4.1 南阳麦饭石中元素溶出性能研究

4.2 南阳麦饭石原样(CK)吸附研究

4.2.1 铵氮标准曲线的绘制

4.2.2 麦饭石用量对铵氮吸附的影响

4.2.3 吸附时间对麦饭石吸附铵氮的影响

4.3 热处理改性研究

4.3.1 热处理温度对麦饭石吸附铵氮的影响

4.3.2 热处理时间对麦饭石吸附铵氮的影响

4.4 酸碱改性研究

4.4.1 酸碱浓度对麦饭石吸附铵氮的影响

4.4.2 酸碱用量对麦饭石吸附铵氮的影响

4.4.3 酸碱处理时间对麦饭石吸附铵氮的影响

4.4.4 酸处理温度对麦饭石吸附氨氮的影响

4.4.5 碱处理温度对麦饭石吸附铵氮的影响

4.5 有机改性研究

4.5.1 PAM水解度影响

4.5.2 HPAM浓度的影响

4.5.3 水解时间的影响

4.6 盐改性研究

4.6.1 不同盐改性麦饭石吸附铵氮效果比较

4.6.2 Na_2SO_4改性温度对麦饭石吸附铵氮的影响

4.6.3 Na_2SO_4改性时间对麦饭石吸附铵氮的影响

4.6.4 Na_2SO_4用量对麦饭石吸附铵氮的影响

4.6.5 Na_2SO_4浓度对麦饭石吸附铵氮的影响

4.6.6 Na_2SO_4溶液的pH值对麦饭石吸附铵氮的影响

4.6.7 麦饭石改性前后比表面积测定

4.7 吸附机理和动力学模型探讨

4.8 南阳麦饭石调节溶液pH值研究

5 结论

5.1 结论

5.2 论文创新性

5.3 建议与不足

参考文献

附录

致谢

已发表的论文