蒙脱石插层化合物的制备表征及应用研究

摘要

蒙脱土是以蒙脱石为主要成分的一类层状硅酸盐粘土矿物。蒙脱石插层化合物是一种由简单离子、聚合无机阳离子、有机离子、有机小分子或者有机聚合物插入蒙脱石层间而形成的二维微孔材料。蒙脱石插层化合物有大的层间距和比表面积，在环境治理、催化及其它领域显示出广阔的应用潜力。 本论文研究了复合羟基金属阳离子柱撑蒙脱石、有机一无机柱撑蒙脱石的合成与表征，研究了它们对含一定浓度苯酚废水中苯酚的吸附性能，并初步探讨了蒙脱土及蒙脱石插层化合物的循环再生性能。 首先对蒙脱土进行钠化改型，并测试蒙脱土及钠化改型蒙脱土的阳离子交换容量(CEC)、吸蓝量、胶质价、膨胀倍等物化性能。结果表明：钠化改型蒙脱土的阳离子交换容量、吸蓝量、胶质价、膨胀倍比改型前均有较大的提高。 以钠化改型蒙脱土为基质，采用超声波法制备复合羟基铝铜插层蒙脱石(Al-Cu-MMT)。在实验中改变制备插层剂的温度、r值[e=n(oH)∶n(Al<'3+>)]、n(Cu<'2+>)∶n(Al<'3+>)值、n(Al<'3+>)：土值等制备出一系列的Al-Cu-MMT。比较Al-Cu-MMT的层间距，确定制备Al-Cu-MMT的最佳工艺条件为：插层剂的制备温度为80℃，r为2.4，老化时间为96h，n(Cu<'2+>)：n(Al<'3+>)为0.10，n(Al<'3+>)：土为10mmol/g，插层温度为80℃。在最佳工艺条件下制备得到的Al-Cu-MMT层间距较大，将Al-Cu-MMT在400℃时焙烧3 h得到Al-Cu柱撑蒙脱石。 以钠化改型蒙脱土为基质，采用超声波法制备有机-无机插层蒙脱石(HDTMA-Al-MMT)。同样在制备HDTMA-Al-MMT的实验中改变插层温度、HDTMA的用量等制备出一系列的HDTMA-Al-MMT。比较HDTMA-Al-MMT的层间距确定HDTMA-Al-MMT的最佳工艺条件和工艺参数为：插层剂的制备温度为80℃，r为2.4，老化时间为96h，n(Cu<'2+>)：n(Al<'3+>)为0.10，n(Al<'3+>)：土为10mmol/g，插层温度为60℃，HDTMA用量为1.0CEC，产物在70℃时干燥。在最佳工艺条件下制备得到的HDTMA-Al-MMT层间距最大。经有机物HDTMA和Al<,13>聚合阳离子插层后，制备的有机一无机复合插层蒙脱土的d<,(001)>=2.0714nm，热稳定性显著提高。采用XRD、FTIR、TG-DSC、SEM和TEM等检测手段对产物Al-Cu-MMT和HDTMA-Al-MMT进行表征测试，结果表明，复合Al-Cu聚合阳离子、有机物HDTMA和Al<,13>聚合阳离子成功的插入到蒙脱石层间。 本论文分析讨论了蒙脱土及蒙脱石插层化合物处理含苯酚废水时对废水中苯酚的吸附能力，初步研究了蒙脱土及蒙脱石插层化合物吸附苯酚后，再生循环后再次进行苯酚吸附实验。吸附实验表明：Al-Cu-MMT和HDTMA-Al-MMT对苯酚的去除能力很高，远远超过钠化蒙脱土；在室温、振荡时间为30 min、吸附剂用量为0.35g、pn值为10的条件下，Na-MMT、Al-Cu-MMT和HDTMA-Al-MMT吸附苯酚的效果最好：蒙脱上及蒙脱石插层化合物吸附苯酚后，再生循环后再次进行苯酚吸附实验，通过与未再生时吸附苯酚曲线的对比可知蒙脱石插层化合物用于吸附剂可以再生，有很高的工业应用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1蒙脱石的晶体结构及基本特性

1.1.1蒙脱石的晶体结构

1.1.2蒙脱石的基本特性

1.2蒙脱石插层化合物概述

1.2.1蒙脱石插层化合物的分类

1.2.2插层剂的种类

1.2.3蒙脱石插层化合物制备的影响因素

1.3蒙脱石插层化合物的应用

1.3.1催化剂及催化剂载体

1.3.2环保材料

1.3.3纳米级复合材料

1.4国内外研究进展

1.4.1蒙脱石插层有机化合物的研究现状

1.4.2蒙脱石插层无机化合物的研究现状

1.4.3蒙脱石层间无机-有机化合物的研究现状

1.5研究意义及主要内容

1.5.1研究意义

1.5.2研究主要内容

第2章实验原料与蒙脱土的钠化改型

2.1试剂与仪器设备

2.2实验方法

2.2.1蒙脱土的钠化改型方法

2.2.2蒙脱土和钠化改型蒙脱土物理性能的测试

2.3本章小结

第3章Al-Cu插层蒙脱石的制备与表征

3.1实验方法

3.1.1 Al keggin离子插层剂的制备方法

3.1.2 Al-Cu插层剂的制备

3.1.3 Al-Cu插层蒙脱石的制备方法

3.2 Al-Cu-MMT的表征

3.2.1 Al-Cu-MMT的XRD图谱分析

3.2.2 Al-Cu-MMT的FTIR分析与讨论

3.2.3 Al-Cu-MMT的热稳定性分析与讨论

3.2.4 Al-Cu-MMT的SEM和能谱分析与讨论

3.2.5 Al-Cu-MMT的TEM分析与讨论

3.3本章小结

第4章无机-有机插层蒙脱石的制备与表征

4.1无机-有机插层蒙脱石的制备原理

4.2实验方法

4.2.1 Al keggin离子插层剂的制备

4.2.2 Al-插层蒙脱石的制备

4.2.3 HDTMA-Al插层蒙脱石的制备

4.3 HDTMA-Al插层蒙脱石的表征

4.3.1 HDTMA-Al-MMT的XRD分析与讨论

4.3.2 HDTMA-Al-MMT的FTIR分析与讨论

4.3.3 HDTMA-Al-MMT的热稳定性分析与讨论

4.3.4 HDTMA-Al-MMT的SEM分析与讨论

4.3.5 HDTMA-Al-MMT的TEM分析与讨论

4.4本章小结

第5章蒙脱石插层化合物对苯酚和吸附研究

5.1吸附实验研究方法

5.1.1吸附实验测试方法原理

5.1.2吸附实验仪器和试剂

5.1.3吸附实验操作

5.2蒙脱石插层化合物对水溶液中苯酚的吸附

5.2.1振荡时间对吸附特性的影响

5.2.2蒙脱石插层化合物用量对吸附效果的影响

5.2.3不同pH值对吸附效果的影响

5.3对蒙脱石插层化合物的再生讨论

5.3.1蒙脱石插层化合物的再生过程

5.3.2蒙脱石插层化合物再生后对废水中苯酚的吸附

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢