粉煤灰合成Al--MCM--41及其吸附阳离子染料的吸附性能研究

摘要

水是人类及其它所有生物生存必不可少的重要资源，是社会稳定、和谐发展的必要前提条件。但是随着社会工业化的快速发展，水污染越来越严重，其中工业废水中染料废水的排放量巨大，因此，探索如何治理染料废水已成为目前社会亟待解决的问题。本实验选取了噻嗪类的次甲基蓝和三苯甲烷类的结晶紫两种染料作为代表性的阳离子染料污染物，深入研究了粉煤灰合成的Al-MC M-41对这两种染料的吸附性能。 本课题以粉煤灰为原料，采用碱熔水热法合成介孔分子筛Al-MCM-41，利用SA-XRD、傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等表征手段和静态吸附实验考察粉煤灰合成的Al-MCM-41的性能，并研究了硅铝比、混合溶液的pH值、晶化温度、晶化时间等制备条件对Al-MCM-41结构及吸附性能的影响。接着，研究了Al-MC M-41对次甲基蓝和结晶紫的吸附性能，并进一步考察了最优吸附条件，包括吸附剂的质量、染料溶液初始pH值、温度、吸附时间等因素。最后，通过分析吸附等温曲线和吸附动力学研究了Al-MCM-41对次甲基蓝和结晶紫的吸附机理。 实验结果表明，介孔分子筛Al-MCM-41的最优合成条件是:Si/Al为10、混合溶液的pH值为10.50、晶化温度为110℃，晶化时间为72h。在此条件下合成的样品具有良好的有序度和固化度，对次甲基蓝和结晶紫的吸附性能最好。 Al-MCM-41对次甲基蓝和结晶紫的吸附性能研究结果表明，随着Al-MCM-41用量的增加，染料的去除率增加，单位吸附量降低;Al-MCM-41在酸性条件下对次甲基蓝、结晶紫的去除率低，在碱性条件下的吸附效果最好;在染料浓度相同的条件下，随着吸附环境温度的上升，Al-MCM-41对染料的吸附率降低，说明温度上升不利于Al-MCM-41对次甲基蓝、结晶紫的吸附;从吸附时间影响因素的结果来看，Al-MCM-41对次甲基蓝和结晶紫的吸附过程分为快速吸附阶段(0～30min)和慢吸附阶段(30～60min)，最终在60min左右吸附完成;温度也对吸附速率有影响，随着反应温度的升高，Al-MCM-41的吸附平衡时间有所延长，较慢达到平衡。 通过研究Al-MCM-41对次甲基蓝和结晶紫的吸附机理，结果表明:Langmuir等温吸附模型比Freundlich等温吸附模型更能恰当地描述Al-MCM-41对两种染料的吸附过程，因此Al-MCM-41对染料的吸附形式主要是单分子层吸附，属于物理吸附，吸附过程放热。当温度分别为30℃、40℃、50℃，Al-MCM-41对次甲基蓝的拟合最大吸附能力qmax,fitted分别为:2049.81、1897.60、1589.35mg/g，实验得出的最大吸附能力qmax,exp分别是2003.22、1840.35、1579.88mg/g;当温度分别为30℃、40℃、50℃，Al-MCM-41对结晶紫的拟合最大吸附能力qmax,fitted分别为:443.29、424.19、404.70mg/g，实验得出的最大吸附能力qmax,exp分别是458.33、420.51、383.75mg/g，拟合结果与实验结果基本一致。准二级动力学模型比准一级动力学模型更能恰当地描述Al-MCM-41对次甲基蓝和结晶紫的吸附过程，说明Al-MCM-41吸附阳离子染料的吸附速率主要和吸附质、吸附剂之间的电子共用和电子转移有关。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1染料废水的来源及危害

1．2染料废水的处理方法

1．2．1物理法

1．2．2化学法

1．2．3生化法

1．3介孔材料的研究背景及现状

1．3．1 Al-CM-41简介

1．3．2粉煤灰简介

1．3．4介孔分子筛的合成

1．4选题意义

1．5主要研究内容

第2章实验部分

2．1研究方案

2．2实验试剂及仪器

2．2．1实验原料

2．2．2实验试剂与仪器

2．3吸附剂的制备

2．3．2 Al-CM-41的表征

2．4模拟阳离子染料废水的配置

2．4．1模拟次甲基蓝废水

2．4．2模拟结晶紫废水

2．4．3阳离子染料废水的分析

2．5 Al-CM-41的吸附性能评价

2．5．1次甲基蓝静态吸附实验

2．5．2结晶紫静态吸附实验

2．5．3吸附效果计算

2．6本章小结

第3章Al-CM-41分子筛的制备及其优化

3．1．2 Al-MCM-41的结构表征

3．1．3吸附效果研究

3．2 pH值对Al-MCM-41的合成及吸附性能的影响

3．2．2 Al-MCM-41的结构表征

3．2．3吸附效果研究

3．3晶化温度对Al-MCM-41的合成及吸附性能的影响

3．3．2 Al-MCM-41的结构表征

3．3．3吸附效果研究

3．4晶化时间对Al-MCM-41的合成及吸附性能的影响

3．4．2 Al-MCM-41的结构表征

3．4．3吸附效果研究

3．5本章小结

第4章阳离子染料废水吸附结果与分析

4．1影响因素分析

4．1．1吸附剂质量对吸附效果的影响

4．1．2溶液pH值对吸附效果的影响

4．1．3温度与吸附时间对吸附效果的影响

4．2吸附机理研究

4．2．1吸附等温曲线

4．2．2吸附动力学

4．3本章小结

5．1结论

5．2展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间成果和参与的科研项目