有机铵-蛭石复合物的制备、结构与性能研究

摘要

为推动我国具有优势资源的蛭石矿产的应用开发，本文以新疆蛭石为例，研究了利用工业蛭石制备有机铵蛭石复合物的原理和方法。首先初步探讨了工业蛭石的粉碎加工工艺、工业蛭石的液相改型方法，较深入地探讨了钠型蛭石对十八烷基三甲基铵（ODTMA）的吸附动力学和热力学；在此基础上，制备成功了9种长链烷基季铵蛭石和1种吡啶蛭石复合物，采用X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT—IR）、扫描探针显微镜（SPM）和热重．差热分析（TG—DTA）等现代分析测试技术研究了有机铵蛭石复合物的结构，并根据XRD衍射数据构建了ODTMA—水金云母复合物的动态结构模型；最后初步探索了蛭石原矿和ODTMA—蛭石复合物对活性艳红溶液和实际印染废水的脱色性能。 研究表明，粉碎工艺条件的优化将大大提高工业蛭石的粉碎效率；改型剂阴离子对改型后蛭石的结构基本无影响，而阳离子将改变蛭石的层间结构和状态，实验确定的钠化改型工艺可提高蛭石粉体的阳离子交换容量近23％；Na型蛭石对十八烷基三甲基铵的吸附过程受液膜扩散和粒内扩散双重机制的控制，并受时间、温度、浓度等条件的影响；蛭石的改型方法、有机插层剂用量、有机铵类型及其结构等对复合物的结构影响显著，并呈现一定的变化规律；在ODTMA—水金云母复合物中，有机铵阳离子在水金云母的蛭石晶层层间域内可能出现双层平铺、单层倾斜、单层垂直和单层垂直加单层倾斜等多种排列模式；ODTMA—蛭石复合物远远优于蛭石原矿对活性艳红溶液和实际印染废水的脱色能力。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 本研究的目的和意义

1.2 蛭石矿物的国内外研究现状

1.2.1蛭石的晶体化学特征

1.2.2蛭石层间域及表面化学特征

1.3 有机蛭石的国内外研究现状

1.3.1有机蛭石的的制备原理

1.3.2有机蛭石的制备工艺研究

1.3.3有机蛭石的结构表征和性能研究

1.3.4应用研究及前景展望

1.3.5有机蛭石的制备过程中存在的主要问题

1.4 主要研究内容、技术关键、技术路线和创新性

1.4.1主要研究内容

1.4.2技术关键

1.4.3主要技术路线

1.4.4主要创新点

1.4.5主要工作量

2 蛭石的粉碎与改型研究

2.1 原料特征

2.1.1化学成分

2.1.2阳离子交换容量

2.1.3 X射线衍射分析

2.1.4红外光谱分析

2.1.5 TG-DTA分析

2.2 蛭石的粉碎加工初探

2.2.1原料及设备

2.2.2加工方法

2.2.3结果与讨论

2.2.4小结

2.3 蛭石的改型研究

2.3.1蛭石的改型原理

2.3.2实验部分

2.3.3测试与表征

2.3.4结果与讨论

2.4 本章小结

3 蛭石对十八烷基三甲基铵的吸附作用研究

3.1 钠型蛭石吸附ODTMA的动力学研究

3.1.1吸附动力学原理

3.1.2动力学实验

3.1.3结果分析与讨论

3.2 钠型蛭石吸附ODTMA的热力学研究

3.2.1吸附热力学原理

3.2.2热力学实验

3.2.3结果分析与讨论

3.3 本章小结

4 不同种类有机铵-蛭石复合物的制备与结构研究

4.1 实验部分

4.1.1实验原料及器材

4.1.2实验方法与样品表征

4.2 结果与讨论

4.2.1有机铵蛭石的X射线衍射分析(XRD)

4.2.2有机铵蛭石的红外光谱分析(FT-IR)

4.2.3有机铵蛭石的热重-差热分析(TG-DTA)

4.2.4有机铵蛭石的原子力显微镜分析(SPM)

4.3 本章小结

5有机铵-蛭石复合物的结构模型研究

5.1 结构分析及模型的建立

5.1.1结构形成机理

5.1.2有机铵分子的空间尺寸的计算

5.1.3结构模型的构建方法

5.2 结果与讨论

5.3 本章小结

6有机铵蛭石对有机染料溶液的脱色实验研究

6.1 实验部分

6.1.1原料及试剂

6.1.2仪器及设备

6.1.3实验方法

6.2 结果与讨论

6.2.1有机铵蛭石对活性艳红的吸附平衡时间

6.2.2有机铵蛭石对不同浓度活性艳红的等温吸附实验

6.2.3 pH值对有机铵蛭石吸附活性艳红染料的影响实验

6.2.4温度对有机铵蛭石吸附活性艳红染料的影响

6.2.5有机铵蛭石与蛭石对活性艳红染料的吸附性能对比实验

6.2.6有机铵蛭石与蛭石对实际印染废水的吸附性能对比实验

6.3 本章小结

结 论

致 谢

参考文献

攻读学位期间发表的与学位论文内容相关的学术论文及研究成果