微波合成有机膨润土与吸附水中有机物的性能及机理

摘要

有机膨润土对水中有机污染物具有优越的吸附性能，在环保等领域中具有广阔的应用前景。但常规合成有机膨润土耗时耗能，在水处理过程中表面活性剂易脱附，固液分离困难，制约着有机膨润土在废水处理工程中的应用。为此，本文提出了微波合成有机膨润土的新方法，深入研究了微波合成有机膨润土的条件与机理，微波合成有机膨润土的结构特性与吸附性能；发明了微波协同有机膨润土处理有机废水的方法；解决了有机膨润土合成及其在废水处理中一些关键技术问题，取得了一些有价值的创新性成果：
　　 (1)发明了微波合成有机膨润土的方法。由于微波的热效应与非热效应作用，降低有机膨润土合成反应体系的活化能(从常规的44.83KJ/mol降至5.23KJ/mol)，增加体系的热焓，大大提高有机膨润土合成吸附反应速度常数，促进有机膨润土合成反应，从而有效地降低合成反应时间与能耗。如微波合成有机膨润土的时间从常规法的2h降至2min，总时耗降低约50％，能耗降低约59％，解决了常规合成有机膨润土中耗时耗能等问题。
　　 (2)发现微波合成有机膨润土的层间距、有机碳含量均明显增大，比表面积减少，吸附性能比常规合成的更好。如微波合成100CPC膨润土的层间距提高了12.8％、有机碳含量增加了38.5％、比表面积降低了33.9％，对水中酸性红的去除率提高50.89％，饱和吸附量提高66.67％。由于表面活性剂与膨润土结合更加紧密，稳定性好，在水处理过程中表面活性剂不易脱附，如在水中处理5min时，表面活性剂的脱附率仅为常规合成的35.4％。
　　 (3)建立了微波协同有机膨润土处理废水装置，发明了微波协同有机膨润土处理有机废水的方法。发现微波可增强有机膨润土对有机物的吸附作用，且有机物的溶解度越大，其微波协同吸附的效果越好。微波协同作用下，有机膨润土吸附有机物仅为2min，如对中性黄的去除率从26.50％增加到98.33％。微波可压缩溶液中膨润土颗粒双电层，降低颗粒的Zeta电位(如有机膨润土的Zeta电位从-3.52mV降至-1.72mV)，显著改善膨润土的絮凝沉降性能，沉降时间从常规的大于20min至5min以内。