磁改性海泡石吸附铜、铅、镉特性及机理研究

摘要

海泡石的理论估算比表面积可达900 m2·g-1及晶体中含有大量的Si-O-Mg-O-Si基团,使其在处理含重金属废水方面拥有较大的潜力,但受各种因素的影响,实际测定的比表面积值却较小,Si-O-Mg-O-Si基团难以最大程度地发挥作用,同时在吸附体系中,固液相分离困难,这些问题的存在制约了海泡石资源在含重金属废水处理中的应用。
　　本课题以经过磁改性海泡石(Magnetical Modified Sepiolite,缩写MMS)为吸附剂处理重金属废水,在对磁改性海泡石进行表征和表面零电荷点测定的基础上,重点研究磁改性海泡石对Cu2+、Pb2+、Cd2+在单一和复合重金属体系中的吸附特性,并对其吸附机理进行了探讨。得出如下主要结论:
　　(1)在磁改性后,海泡石所对应的表面零电荷点(pHzpc)升高到8.5±0.1,表面具有明显的孔结构,比表面积提高到57.008 m2·g-1,孔容提高到0.204 cc·g-1,羟基基团和H-O-H的伸缩振动强度均有所增强,在XRD图谱中存在Fe3O4晶体的衍射峰,具有良好的磁性能和超顺磁性。
　　(2)MMS在单一重金属体系中最优的吸附条件为:温度35?C,初始pH值3.5,磁改性海泡石投加量2 g·L-1,吸附时间为180 min,吸附质的初始浓度为50 mg·L-1。MMS对Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附量随温度的升高而增大,随离子强度的增大而减小,平衡吸附量分别为18.46、32.06、16.44 mg·g-1。
　　(3)在复合重金属体系中,MMS对Cu2+、Pb2+、Cd2+的最大吸附量分别为16.77、24.69、16.92 mg·g-1,与单一重金属体系相比分别减少了10.12％、27.31%、15.23%。
　　(4)在单一与复重金属体系中,MMS对Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附动力学过程均符合Lagergren拟二级动力学模型,吸附热力学过程符合Langmuir吸附等温式模型。
　　(5)在单一重金属体系中,吸附后MMS的晶体结构并没有发生改变,吸附Cu2+和Pb2+的MMS中H-O-H伸缩振动强度减弱程度较吸附Cd2+的大,MMS对Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附为吸热反应过程,内扩散对吸附速度的控制起主要作用,为自发的熵推动过程,以物理吸附作用为主。
　　(6)MMS对Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附由物理吸附、离子交换吸附、表面配合吸附和表面沉淀吸附共同起作用。

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第1章 绪 论

1.1 重金属废水的污染情况简介

1.2 重金属废水的来源、危害及处理方法介绍

1.3 改性海泡石处理重金属废水的研究进展

1.4 本课题研究目的与内容

第2章 磁改性海泡石的特性分析

2.1 实验材料及方法

2.2 结果与讨论

2.3 本章小结

第3章 Cu2+、Pb2+、Cd2+在单一重金属体系中的吸附特征

3.1 实验材料及方法

3.2 磁改性海泡石吸附Cu2+、Pb2+、Cd2+的影响因素

3.3 Cu2+、Pb2+、Cd2+在单一重金属体系中的吸附动力学

3.4 Cu2+、Pb2+、Cd2+在单一重金属体系中的吸附等温式

3.5 Cu2+、Pb2+、Cd2+在单一重金属体系中的吸附热力学分析

3.6 本章小结

第4章 Cu2+、Pb2+、Cd2+在复合重金属体系中的吸附特征

4.1 实验材料及方法

4.2 结果与讨论

4.3 本章小结

第5章 磁改性海泡石吸附Cu2+、Pb2+、Cd2+的机理探讨

5.1 吸附前后XRD谱图的比较分析

5.2 吸附前后FTIR谱图的比较分析

5.3 吸附Cu2+、Pb2+、Cd2+的机理探讨

5.4 本章小结

第6章 研究结论、创新点与展望

6.1 研究结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间公开发表的论文