钛柱撑膨润土的制备及其光催化还原废水中Cr（Ⅵ）的研究

摘要

钛柱撑膨润土(Ti-PILC)是一类具有大层间距、稳定层状结构和光催化活性的新型层状硅酸盐纳米复合材料。Ti-PILC用于光催化处理水中污染物时，强吸附能力的膨润土基体可将污染物富集在材料表面，形成较高的初始反应浓度；层间纳米TiO2与硅酸盐片层产生界面耦合作用可提高光催化效率，显示出优异的光催化活性。 论文对膨润土原矿进行提纯和钠化改型，并在钠基膨润土层间引入TiO2进行柱撑，合成了Ti-PILC；利用该材料对水中Cr(Ⅵ)进行光催化降解，初步探讨了光催化降解过程的机理。 对产自辽宁、山西和巴西的三种膨润土原矿进行测试分析，选取山西土作为Ti-PILC的基体原料，并对其进行了湿法提纯和钠化改型；钠化改型的适宜工艺条件为：NaCl用量为6 wt％、矿浆浓度为5 wt％、钠化温度为65℃和钠化时间为3 h。 以钠基膨润土和钛酸丁酯为原料，采用sol-gel法制备Ti-PILC。考察了制备过程中温度和pH值的影响，适宜的工艺条件为：柱化剂酸碱比为1/3，柱化反应温度为65℃，柱撑混合液中NaOH加入量为0.050 mol/L。 借助X射线衍射分析(XRD)、热分析(TG-DSC)、红外光谱分析(IR)、扫描电镜分析(SEM)及能谱分析(EDX)等手段对柱撑前后的材料进行了表征：柱撑后前驱物中，聚合羟基钛离子进入膨润土层间，撑大了层间距，使d(001)值由钠基膨润土的1.284nm增大至1.588 nm，并引起了层间性质的变化；焙烧后聚合羟基钛离子脱水脱羟，材料d(001)值下降至0.992 nm；柱撑样品的基本硅酸盐骨架并未发生改变，仍保持层状有序结构。 紫外光照下，Ti-PILC对Cr(Ⅵ)具有较强的光催化降解能力，其中焙烧产物的催化活性更好；在Ti-PILC投加量为15 g/L、Cr(Ⅵ)溶液初始浓度为10 mg/L和pH=3.4的反应条件下，Cr(Ⅵ)的降解效率最高；Cr(Ⅵ)光降解还原过程可以用吸附-光致还原-脱附的反应模型来表示。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1膨润土

1.1.1膨润土概述

1.1.2膨润土的矿物特征

1.1.3膨润土的物化特性

1.2柱撑粘土材料(PILCs)

1.2.1柱撑粘土的起源和发展

1.2.2无机柱撑粘土

1.3钛柱撑膨润土(Ti-PILC)

1.3.1 Ti-PILC的制备

1.3.2 Ti-PILC的形成过程

1.3.3 Ti-PILC的物化特性

1.4论文研究的目的和意义

第二章实验试剂、仪器及测试方法

2.1实验仪器设备

2.2实验试剂

2.3测试方法

2.3.1膨润土矿物物化性质的测定

2.3.2膨润土及复合材料的表征方法

2.3.3水溶液中Cr(Ⅵ)浓度的测定方法

第三章膨润土原料的选择与提纯改型

3.1膨润土原料的选择

3.1.1膨润土原料蒙脱石含量的比较分析

3.1.2膨润土原料阳离子交换容量的比较分析

3.1.3膨润土原料的X射线衍射分析

3.2膨润土原料的物化性能及矿物组成分析

3.2.1基本物化性质测试

3.2.2化学成份分析

3.2.3 Si、Al、Ca的化学物相分析

3.2.4 X射线衍射分析

3.2.5扫描电镜和偏光显微镜分析

3.3基体原料的提纯

3.3.1湿法提纯原理

3.3.2湿法提纯方案

3.3.3湿法提纯效果

3.4基体原料的钠化改型

3.4.1钠化改型原理

3.4.2钠化改型方案

3.4.3钠化改型的影响因素

3.4.4钠基膨润土的表征

3.5小结

第四章钛柱撑膨润土(Ti-PILC)的制备与表征

4.1实验方案

4.1.1膨润土悬浮液的制备

4.1.2柱化剂的制备

4.1.3柱化反应

4.1.4热处理

4.2柱撑过程影响因素研究

4.2.1柱化剂中酸碱比的影响

4.2.2柱化反应温度的影响

4.2.3柱撑混合液中碱量的影响

4.3柱撑产物的表征

4.3.1 X射线衍射分析

4.3.2热分析

4.3.3红外光谱分析

4.3.4 SEM图和EDX谱分析

4.4 小结

第五章Ti-PILC光催化降解水中Cr(Ⅵ)的研究

5.1概述

5.2 Cr(Ⅵ)浓度的测定方法

5.2.1 Cr(Ⅵ)标准曲线的绘制

5.2.2 Cr(Ⅵ)含量的标准曲线方程

5.3 Ti-PILC材料对模拟废水中Cr(Ⅵ)的降解实验

5.3.1实验部分

5.3.2光催化降解模拟废水中Cr(Ⅵ)的影响因素

5.4 Ti-PILC对Cr(Ⅵ)光催化降解机理的探讨

5.4.1 Cr(Ⅵ)在水相体系中的存在形式

5.4.2 Ti-PILC对Cr(Ⅵ)的吸附过程

5.4.3 Cr(Ⅵ)在TiO2表面的光催化还原过程

5.4.4 Ti-PILC光催化降解Cr(Ⅵ)的反应过程

5.5小结

第六章结论

参考文献

攻读硕士期间的主要成绩

致谢