复合改膨润土的制备及对水体中Pb2的吸附研究.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流复合改膨润土的制备及对水体中Pb2的吸附研究.精品文档.JIU JIANG UNIVERSITY 毕 业 论 文 题 目CTMAB/En复合改性膨润土的制备 及对水体中Pb2+的吸附研究 英文题目 Preparation of composite bentonite with CTMAB and En as modifie and adsorption of leadions on water 院 系 化学与环境工程学院 专 业 化学工程与工艺 姓 名 康开玲 年 级 A1121 指导教师 孙德四 二 零 一 五 年 五 月摘 要 膨润土作为
2、一种天然矿物吸附材料,具有价格低廉、加工简单、环境友好及拥有较高吸附重金属能力的特点。为进一步改善膨润土原土对废水中重金属铅的吸附效率,本研究采用十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)、乙二胺(En)单一与复合改性钠基膨润土原土(NMB),制得CTMAB-NMB、En-NMB、 CTMAB-En-NMB 三种新型吸附材料;采用单因素条件实验确定各吸附材料的最佳吸附条件;采用分光光度法测定溶液中的铅离子浓度;采用XRD 及 FT-IR 分析改性前后膨润土的表面结构变化情况。结果表明,XRD图谱中反应改性后的膨润土主特征峰向小角度偏移,而在FT-IR 图谱中反应改性膨润土及吸附铅离子后的膨润土的吸收峰
3、的强度均较膨润土原土有增强或降低,并出现了新的吸收峰;在 0.4g/250mL,pH值为8-9及吸附时间为30 分钟的同样条件下,改性膨润土对铅离子的吸附效率要高于膨润土原土,说明通过一定的有机表面活性剂处理后的膨润土由于其表面结构的变化,使之较原土具有更高对重金属的吸附能力。关键词:十六烷基三甲基溴化铵;乙二胺;改性膨润土;重金属;吸附AbstractKey words: CTMAB; EN; Modified bentonite ; Heavy Metal;Adsorption. Bentonite as a kind of natural mineral has characterist
4、ics of low cost, simple processing, eco-friendly and the high capacity of absorbing heavy metals. In order to improve the bentonite adsorptivity of heavy metal plumbum , Three novel types of adsorptive materials, CTMAB-NMB、En-NMB、 CTMAB-En-NMB were pepared by modifying the raw sodium bentonite respe
5、ctively by hexadecyl trimethyl ammonium bromide (CTMAB), ethanediamine (En) and the composite modifier of CTMAB and En. The optimum adsorption conditions was determined by the single factor condition experiment. Bentonite before and after modified was characterized by XRD and FT-IR. Results show tha
6、t the main characteristic peaks of modified bentonite in XRD spectrums remove slightly towards small angles, and Infrared spectrograms of the modified bentonite and the bentonite after absorbing plumbum are different from that of the raw sodium bentonite. Absorption peaks reflecting NMB after modifi
7、cation are enhanced or decreased as compared of the raw NMB, and there are some new absorption peaks appearing in TETA-NMB. Modified bentonite has higher capacity of absorbing plumbum than that of the raw NMB under the same absorption conditions of the concentration of bentonite 0.4g/250mL, absorpti
8、on time 30 min and pH 8-9. It is concluded that the organic surface active agents CTMAB and En can change the surface structure of NMB and improve the heavy metal absorptivity of NMB.目 录摘 要1Abstract2引 言41绪论51.1 文献综述51.1.1 含铅废水的来源、污染特点及危害51.1.2 膨润土的性质及来源61.1.3 膨润土的应用71.2 膨润土的研究现状91.3 项目背景及研究意义91.4 本论
9、文研究目标和内容102 实验部分112.1 实验原理112.2 实验仪器和试剂112.2.1实验仪器:112.2.2 122.3 实验步骤122.3.1 改性膨润土的制备122.3.2 水体中标准曲线的测定132.3.3 吸附实验153 实验数据及分析163.1 原土膨润土对水中吸附性能的探究163.2 单一改性(以为改性剂)膨润土对水中吸附性能的影响193.3 单一改性(以为改性剂)膨润土对水中吸附性能的影响223.4 复合改性膨润土对水中吸附性能的影响253.5 XRD及ATR图像分析28结 论32参 考 文 献33致 谢35引 言众所周知,工业废水、生活污水、城镇污水等排放量随人民生活水
10、平的提高而逐年增多 ,不经污水处理系统而直接排入水体易发生水体污染并对人类及各生物体造成巨大危害。势必引起水体的严重污染,对人类及其他生物造成严重危害。水体污染的控制以及水资源的保护,是环境保护工作的首要任务,其中废水的处理更应该受到重视。因为废水有很多不同的种类,其处理的方法和难易程度也大不相同,其中吸附是广泛应用的方法之一。所以研制出价格比较低廉、选择性又好、易再生的绿色废水处理吸附剂是环保产业发展的需要。天然膨润土主要有蒙脱石组成,膨胀性能良好,比表面积大。它是由两个四面体中间夹一个八面体组成的型层状铝硅酸盐粘土矿物。阳离子交换容量较大,对重金属阳离子具有较强的吸附能力。但由于膨润土其表
11、面的硅氧结构亲水性能强,层间的阳离子易发生水合作用,从而被吸附的重金属又易发生解析现象,使之在水体中的去除率较低;此外,天然膨润土对重金属离子的吸附选择性、吸附稳定性等也有待提高1。为弥补天然膨润土的这些不足,人们使用了多种手段来改变膨润土的表面或层间结构,从而提高膨润土的吸附容量、吸附选择性及吸附稳定性,并取得了非常好的效果2。研究表明膨润土资源丰富、分布广泛,价格低廉,而且还具有无毒性。膨润土经有机物、无机物等改性后,其层间距、比表面积、吸附性能、表面酸性和耐热性能等性质都能够得到改善3。因此,近年来,改性膨润土为当前日益严重的水体重金属污染提供了新的处理途径,国内外将改性膨润土应用于水处
12、理做吸附剂的研究也慢慢成为废水处理研究领域的热门课题之一。1绪论1.1 文献综述1.1.1 含铅废水的来源、污染特点及危害 主要来源: 重金属通常以天然形式存在于自然界中,随城市化和工业化的发展,重金属来源大大增加并严重污染环境使人们越来越重视其处理方法及成果。目前,重金属污染多产生于各种机械、化妆品、釉彩碗碟、油漆、涂料、冶炼、电镀、餐具、燃煤、食品等。例如沸石场淋浸水、选矿厂尾矿排水、有色金属冶炼厂排水、矿山坑内排水、电镀厂镀件洗涤水等。主要污染特点: (1)难降解,毒性具有长期持续性,且由于其在生物体内易通过生物积累、生物浓缩、生物放大等作用进行富集从而危及人体健康。即使在浓度很小时也能
13、造成较大危害。 (2)重金属因其种类、物理化学性质、浓度、价态及化学形态不同而对环境产生不同程度的影响。经处理后只能改变其形态或通过与阴离子配合或螯合形成新物质加以分离而不能被降解。 (3)当环境变化时,重金属能发生形态的转化并通过释放造成不可逆转的污染。 (4)由于微生物的迁移、转化等作用,低毒性金属能转化为高毒性金属化合物,如汞的甲基化。主要危害: 首先,对生物圈造成了严重破坏从而导致生态失衡。其次,由于植物根的蒸腾,呼吸作用,重金属污染物易通过根部进入植物体内,影响生长,甚至导致死亡。最后,通过人体自身皮肤、消化道、呼吸道成食物链进入体内使人类患病,危害健康。及其化合物对人体危害主要是损
14、害神经系统、血液系统及消化系统,影起神经性烦躁、头痛、胃痛等。浓度较低时,其慢性长期健康效应表现在影响大脑和神经系统;浓度较高则可使人昏迷甚至死亡。 1.1.2 膨润土的性质及来源 膨润土是一种称为斑脱岩、膨土岩、白泥的天然含水粘土矿物,其以蒙脱石为主要成分。通常它的色泽表现为白色、黑色、浅红色、浅灰色、乳酪色、黄绿色、褐红色等,并且伴有一定的土状光泽、油脂光泽、蜡状光泽,状似贝壳。组成膨润土的成分有石英、长石、沸石、云母、黄铁矿等,一般纯质土较少,硬度为,密度为4。我国膨润土的总储存量居世界第二,东北地区及东南沿海数量占据较多。特殊的晶体结构和化学组成,使其具有良好的阳离子交换性性能、膨胀性
15、、悬浮性、分散性、粘和结性等,再由其价格低廉、储量丰富等特点使膨润土在石油、食品、日用化工及环保等领域得到了广泛应用5。膨润土主要成分蒙脱石含量通常都高于,因此膨润土的性质主要决定蒙脱石。蒙脱石的组成成分有二氧化硅、三氧化铝、镁、钠、铁、钾、钙等离子,其中二氧化硅和三氧化铝是蒙脱石的主要组成,其他的一些金属离子含量较低。其中对膨润土的物化性质和工艺技术性能影响最大的是和。膨润土具有阳离子交换性能,按其所交换的阳离子的不同、层电荷大小的差异及所含阳离子量的不同又可分为钠基膨润土、钙基膨润土和天然漂白土。膨润土的主要结构为两个硅氧四面体中间夹一个铝氧八面体组成的型层状晶体结构。阳离子交换作用主要发
16、生在四面体和八面体,其它低价阳离子可与其中的和发生交换,如, 等置换。膨润土之所以能吸附阳离子主要是因为通过这种离子置换作用使得蒙脱石晶胞带负电荷,成为一个大的负离子,从而利用电荷异性相吸的作用吸附某些阳离子。但被吸附的阳离子与晶体的结合力较弱,易出现被其它低价离子再次置换的现象。膨润土具有膨胀性和吸湿性。层间阳离子是膨润土具有膨胀性能的的主要因素,利用水合作用吸附超过自身体积倍的水使的自身膨胀到原体积的倍左右,从而使体积大大增加。蒙脱石矿物晶粒粒径一般很小,比表面积却较大,层间作用力比较弱。在有溶剂存在的情况下容易发生膨胀、剥离、分离进而形成很薄的单晶片,使蒙脱石内表面积增大吸附性能上升6。
17、一般的,钠基膨润土和经钠化改性处理后的膨润土吸水膨胀性能相对于钙基膨润土更好,又物质进行插入或复合的场所又主要发生在这一层,大的表面积为之创立了优良条件。天然膨润土呈紧实的黏土块状,经改性后,结构为海绵状,层间距加大,微孔的数量也大大增加,使膨润土的吸附性能上升。目前,主要通过活化改性法和添加改性剂法对膨润土进行改性处理。活化改性有加酸算活化,利用微波活化、焙烧,添加改性剂主要有无机改性、有机改性、无机有机复合改性等方法。实验证明,通过上述各方法对膨润土进行改性,可明显改善其对有机污染物的吸附性和离子交换性能7。1.1.3 膨润土的应用 (1)在生活、工业废水废液中的应用 利用高温焙烧和交联改
18、性方法对钙基膨润土进行改性处理,投加于含油废水并以的去除效率为指标,通过实验验证得知经改性后的膨润土对油田废水中有机污染物的去除效果相比于原土膨润土的处理效果更好,其去除率可达8。同样的,利用添加改性剂的方法,通过对原土膨润土添加十六烷基三甲基溴化铵进行改性后,以的磷酸盐溶液进行吸附动力学实验,在膨润土用量为,振荡时间为的条件下,天然膨润土、钠化膨润土和有机改性膨润土对磷酸盐的去除率分别为,9。(2)在建材中的应用 在瓷质砖的生产过程中,控制好泥浆的流动性和稳定性非常重要。一般地,喷雾造粒阶段的泥浆粘度应为,而含水率为不高于40%,但也不能低于36%。固相颗粒物之间由于移动碰撞而产生的阻力决定
19、泥浆粘度。当泥浆浓度一定,颗粒越细,颗粒之间距离越小则吸引力越大,发生位移时需要克服的阻力就增大,流动性相应降低。构成膨润土的主要矿物蒙脱石粒径一般均小于,但由于其膨胀性能较好故吸水后体积大大增加,因此泥浆粘度上升。张云洪应用膨润土于无釉瓷质地砖的生产中,研究结果表明:当在生产过程中添加适量的膨润土为 时,泥浆的含水率为,对应的粘度为在之间,完全符合实际操作时的生产要求10。 李志伟等人将膨润土应用于水库高喷灌浆防渗过程中。在水库修建中主要是通过向粘土内添加膨润土来增加黏土的塑性指数从而达到设计要求。在浆液的配置程序中,由于膨润土的离子交换性能高,吸附性好。往黏土中掺加膨润土并混合后能吸附浆料
20、中所有的颗粒并使体积增大,分散更均匀。再加上膨润土本身黏度高、润滑性强等特点,使配置的浆液黏度和润滑性都较高,提高浆液的可泵性。由于润滑性能较好,当将浆液灌入地下时,水槽的全部空间被充满,空隙率小,并且浆料内不会发生颗粒沉淀、分层现象,提高防渗体的性能。 同样地,膨润土的掺入还能影响水泥浆液的强度,当水灰比一定时,抗压强度随着膨润土添加量的增加而减小。研究表明由于膨润土具有良好的稳定性能,在水灰比一定的情况下,浆液的黏度随膨润土量的增加而增大,吸水率却反而降低,从而能使浆液保持很好的稳定性。(3)在造纸工业中的应用 膨润土由于其独特的构造结构及性质,现已广泛应用于造纸行业,并表现出越来越大的优
21、越性。根据不同的性质在造纸行业中发挥了不同的作用。其主要特性有比表面积较大,分散性能较高,具有触变性等,而在造纸中主要作用表现在作为助留助滤剂、填料及颜料等11。聚丙烯酰胺()因其具有良好的抗剪切性慢慢已代替先前的硫酸铝而作为在造纸行业中的助留助滤剂,但仍存在不足。聚丙烯酰胺一元助留助滤体系并不能较好的解决阴离子杂质的聚集及其积累问题,而当向其中添加适量膨润土构成聚丙烯酰胺/微粒二元助留助滤体系后,阴离子聚集,积累问题则可以得到大大的改善。因为在添加膨润土之后可使吸附于不同纸粒上的阳离子聚丙烯酰胺()链圈和链尾形成架桥,从而使纸粒粒子发生二次聚集。膨润土良好的膨胀性和分散性又易形成较稳定的悬浮
22、液和被分散成极薄的薄片,因此能使细小组分的留着率增加,改善纸张的均匀度,保证纸张的良好成形,提高湿纸页的干度。 在造纸废水中的应用则主要是利用膨润土的吸附特性。特别是经改性后的膨润土其吸附性能大大改善,并且由于其工艺简单,可操作性强等优点使之成为优良的选择。杨久义等人将经过酸改性和盐改性后制成处理造纸废水时所用的混凝剂,并研究探索了其对麦草浆造纸黑液的吸附,助留作用,通过实验,最终结果表明造纸黑液的色度可降低至,可将至左右12。 在作为填料方面,主要作用是提高胶的固含量,降低水分,填塞纸纤维中的空隙,减少水分渗透率,加快干燥速度被视为理想的快干剂。1.2 膨润土的研究现状膨润土应用范围广泛,在
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