氧化镁的制备及其吸附铅离子和镉离子的性能研究

摘要

随着工农业的发展和城市规模不断扩大,越来越多的含重金属离子废水被排放到生态环境中,引发了一系列的环境污染问题。近年来,氧化镁由于其较大的溶度积,可做为吸附剂在水污染处理方面显现出了广阔的发展前景。利用盐湖镁资源生产氧化镁材料,不仅可以得到一种成本低廉、环境友好、吸附性能优良的吸附材料,同时也实现了盐湖镁资源的高值化利用,为环境和社会带来了双重效益。
　　在以氯化镁(MgCl2·6H2O)为原料制备氧化镁的工艺中,沉淀结晶法由于其低能耗、低成本、产量大等优点被广泛应用,但是制备的氧化镁材料往往表现出晶粒尺寸不均匀、比表面积较小、吸附性能差等缺点。水热法是无机功能材料制备最常用的方法,水热法的特点在于结构导向剂的引入,从而使制备的产品呈现形貌多样性,性能优良。因此,综合传统结晶法和水热法的优点。本论文以氯化镁(MgCl2·6H2O)和碳酸钠(Na2CO3)为原材料,并加入聚乙二醇(PEG-10000)作为结构导向剂,采用传统沉淀结晶法制备性能优良、颗粒尺寸均匀的MgO材料。并将其作为吸附剂,对重金属离子铅、镉的吸附动力学和吸附机理进行了研究。主要研究内容如下:
　　(1)本论文以氯化镁(MgCl2·6H2O)和碳酸钠(Na2CO3)为原材料,加入聚乙二醇(PEG-10000)作为结构导向剂,制备性能优良且颗粒尺寸均匀的MgO材料。通过XRD、FT-IR、TG、SEM、BET等表征手段对所制备的MgO材料进行表征。结果表明当PEG-10000添加量为0.475g时,通过层层自组装制备了具有六棱柱状形貌的MgO前驱体MgCO3·3H2O,经600℃焙烧2h后得到了晶型完整、形貌规则、活性强的六棱柱状形貌的MgO;MgO前驱体MgCO3·3H2O经600℃焙烧后制备的六棱柱状形貌MgO具有较高的比表面积,约为68m2/g。
　　(2)选取含Pb(II)和Cd(II)重金属废水为污染物目标,深入研究了六棱柱状形貌MgO对溶液中重金属离子的吸附动力学、吸附平衡及吸附机理。实验结果表明,六棱柱状形貌MgO对废水中的Pb(II)和Cd(II)均具有较强的吸附能力。室温(25℃)条件下,当废水中重金属离子初始浓度为100mg/L,反应时间为180min时, MgO对Pb(II)和Cd(II)的去除率分别为94％和98%。等温吸附模型拟合结果表明六棱柱状形貌MgO对Pb(II)和Cd(II)的吸附行为符合Langmuir吸附等温方程。动力学方程拟合结果显示,六棱柱状形貌MgO对Pb(II)和Cd(II)的吸附过程分别符合1.8和1.6级动力学方程。活化能分别为61.5kJ/mol和14.08kJ/mol。六棱柱状形貌MgO对Pb(II)和Cd(II)吸附机理均为置换作用,即废水中的铅离子和镉离子将MgO中的镁离子置换到了溶液中。
　　本文对六棱柱状形貌MgO吸附重金属离子Pb(II)和Cd(II)的吸附动力学和吸附平衡进行研究,为MgO材料的工程化应用提供了理论依据和实践指导。

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Contents

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第一章 绪论

1.1重金属离子的危害性

1.2治理重金属离子的主要方法

1.3氧化镁去除重金属离子的研究进展

第二章 实验部分

2.1 实验原料

2.2 实验仪器与设备

2.3 氧化镁样品的制备

2.4样品的分析与表征

2.5柠檬酸法测定MgO活性

2.6氧化镁对Pb(II)/Cd(II)吸附动力学及吸附平衡研究

第三章 氧化镁材料的制备及性能分析

3.1氧化镁的比表面及活性分析

3.2氧化镁及其前驱体晶体结构分析

3.3氧化镁及其前驱体形貌分析

3.4 氧化镁前驱体的差热分析

3.5 氧化镁前驱体的红外分析

3.6 本章小结

第四章 氧化镁对Pb(II)吸附动力学及吸附平衡研究

4.1 MgO吸附Pb(II)后所得产品的SEM表征与分析

4.2 MgO吸附Pb(II)的吸附机理

4.3 氧化镁对Pb(II)吸附平衡的研究

4.4 氧化镁对Pb(II)吸附动力学的研究

4.5小结

第五章 氧化镁对Cd(II)吸附动力学及吸附平衡研究

5.1 MgO吸附Cd(II)后所得产品的SEM表征与分析

5.2 MgO吸附Cd(II)后所得产品的EDS lement Mapping表征与分析

5.3 MgO吸附Cd(II)的吸附机理

5.4 氧化镁对Cd(II)吸附平衡的研究

5.5氧化镁对Cd(II)吸附动力学的研究

5.6小结

第六章 结论及建议

6.1结论

6.2建议

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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