单宁酸改性凹凸棒土及其复合凝胶的制备和性能研究

摘要

近年来，水体重金属离子污染给人们的生活和健康带来了极大的威胁。水体中重金属离子污染的治理引起了越来越广泛的关注。吸附法因其吸附效率高、吸附剂可重复使用，在水体重金属离子污染治理中发挥了主导作用。凹凸棒土作为一种天然矿物质具有比表面积大、表面有大量活性吸附位点等特点，是很好的重金属离子吸附剂。本文，通过表面改性提高凹凸棒土的重金属离子吸附性能，并将改性后的凹凸棒土引入到高分子水凝胶中，制备了聚丙烯酰胺/凹凸棒土复合水凝胶，研究了改性凹凸棒土及复合凝胶的重金属离子吸附和解吸性能。
　　首先，对沉积型和热液型凹凸棒土进行了结构表征，通过化学组成和结构特点分析，筛选出组成和结构适宜的凹凸棒土作为重金属离子吸附剂。用具有重金属离子捕捉剂之称的单宁酸对其进行了表面改性，并对改性前后的凹凸棒土进行了结构表征。研究结果表明，热液型凹凸棒土有更好的镉离子吸附性能，单宁酸通过化学反应可以接枝在凹凸棒土表面。
　　以镉离子吸附为研究目标，探讨了改性前后凹凸棒土对镉离子吸附性能的影响因素，用Lagergren拟一阶和拟二阶动力学模型、Langmuir，Freundlich，D-R吸附等温线对吸附数据进行了模拟，研究了吸附热力学，并对解吸影响因素及动力学进行了研究。研究结果表明，吸附过程最佳pH为6.0，初始镉离子浓度越大、反应温度越高，吸附量越大。吸附过程符合Lagergren拟二阶动力学模型，化学吸附是吸附过程的控制步骤。Langmuir吸附等温线能对实验数据进行很好的拟合，吸附是自发进行的吸热过程。被吸附的镉离子可以用0.1 mol/L的HCl溶液进行解吸，解吸速度较快，30min内即可达到解吸平衡。
　　将单宁酸改性凹凸棒土引入到聚丙烯酰胺凝胶内，制备了聚丙烯酰胺/单宁酸改性凹凸棒土复合水凝胶，研究了凹凸棒土含量对复合凝胶的结构和镉离子吸附性能的影响，对吸附动力学过程进行了拟合，并探讨了解吸过程的影响因素和解吸动力学。研究结果表明，随着凹凸棒土含量的增加，复合凝胶孔径变小，孔壁变厚，溶胀率降低。吸附过程传质机理分为膜扩散和颗粒内扩散两部分，化学吸附是吸附控制步骤。0.1 mol/L的CH3COOH能够将吸附的镉离子解吸，解吸平衡在120min内达到。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 镉污染及其治理

1．1．1 镉及镉污染概述

1．1．2 水体中镉污染治理方法

1．1．3 吸附法治理水体中镉污染的研究现状

1．2 凹凸棒土在水体镉污染治理中的应用

1．2．1 凹凸棒土概述

1．2．2 凹凸棒土改性

1．2．3 凹凸棒土吸附去除镉离子的机理

1．2．4 凹凸棒土吸附去除镉离子的研究现状

1．3 单宁酸在水体镉污染治理中的应用

1．3．1 单宁酸概述

1．3．2 单宁酸吸附去除镉离子的机理

1．4 凝胶在水体镉污染治理中的应用

1．4．1 水凝胶超级吸附剂概述

1．4．2 聚丙烯酰胺凝胶概述

1．4．3 聚丙烯酰胺凝胶吸附去除重金属的研究现状

1．5 吸附剂的解吸与再生

1．6 本课题研究的目的及意义

1．7 本课题的研究内容

第二章 沉积型和热液型凹凸棒土的对比研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 原材料和试剂

2．2．2 仪器和设备

2．2．3 凹凸棒土的活化

2．2．4 结构表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 FTIR分析

2．3．2 XRD分析

2．3．3 TG／DTG分析

2．3．4 BET分析

2．3．5 PZC分析

2．3．6 XRF分析

2．4 本章小结

第三章 单宁酸改性凹凸棒土镉离子吸附性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 原材料和试剂

3．2．2 仪器和设备

3．2．3 单宁酸改性凹凸棒土

3．2．4 改性前后凹凸棒土的结构表征

3．2．5 镉离子吸附性能测试

3．2．6 镉离子解吸性能测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 结构表征结果分析

3．3．2 改性凹凸棒土的Cd2+吸附影响因素分析

3．3．3 吸附动力学

3．3．4 吸附热力学

3．3．5 吸附等温线

3．3．6 改性凹凸棒土的Cd2+解吸影响因素分析

3．3．7 解吸动力学

3．4 本章小结

第四章 PAAm／T-ATP复合凝胶的制备及性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 原材料和试剂

4．2．2 仪器和设备

4．2．3 PAAm凝胶的制备

4．2．4 PAAm／T-ATP复合凝胶的制备

4．2．5 结构表征

4．2．6 镉离子吸附性能测试

4．2．7 镉离子解吸性能测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 凝胶的微观形貌

4．3．2 凝胶的溶胀性能

4．3．3 凝胶的吸附性能

4．3．4 凝胶的解吸性能

4．4 本章小结

第五章 全文总结

参考文献

硕士生期间发表论文和参加科研情况

致谢