【摘要】：海水苦鹵中含有豐富的鎂鹽,大量鎂鹽得不到有效的開發(fā)利用,造成了資源浪費和環(huán)境污染。所以苦鹵鎂資源的開發(fā)利用不僅是苦鹵化學(xué)資源綜合利用中急需解決的問題,還能為鎂鹽大規(guī)模的開發(fā)利用提供新領(lǐng)域。本論文以氯化鎂、硫酸鎂、九水硅酸鈉和水玻璃為原料,采用溶膠-凝膠法和水熱法制備了一系列不同鎂硅摩爾比的硅鎂膠多孔吸附材料；通過比表面及孔徑分析儀、X-射線衍射儀、掃描電鏡／能譜儀、傅立葉紅外光譜儀等現(xiàn)代分析儀器和多種化學(xué)分析手段,研究了硅鎂膠的比表面積、孔徑分布、表面活性基團、結(jié)構(gòu)形貌、表面酸堿性和穩(wěn)定性等；考察了硅鎂膠對水溶液中染料、重金屬離子和磷酸根離子的吸附性能,并研究了吸附過程的熱力學(xué)和動力學(xué)原理,初步探討了硅鎂膠的吸附機理。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下： 1.采用溶膠-凝膠法和水熱法制備了一系列不同鎂硅摩爾比的硅鎂膠多孔吸附材料,以亞甲基藍作為評價硅鎂膠吸附能力的目標(biāo)對象,系統(tǒng)地研究了反應(yīng)物濃度、時間、水熱溫度等因素對硅鎂膠制備的影響。結(jié)果表明,物料添加順序、反應(yīng)物濃度、硅酸鈉溶液pH值、Mg/Si摩爾比、鎂源和硅源、水熱溫度等都會影響硅鎂膠的吸附性能。硅鎂膠的最佳合成條件是：反應(yīng)物濃度為1mol·L-1、Mg/Si摩爾比為1：1、pH值在10-12之間、水熱溫度為120℃。 2.采用現(xiàn)代分析儀器和多種化學(xué)分析手段對硅鎂膠多孔吸附材料的結(jié)構(gòu)形貌進行了表征。結(jié)果表明,氮氣吸附脫附曲線都屬于經(jīng)典的IV型,具有明顯的滯后環(huán),溶膠-凝膠法制備的硅鎂膠的比表面積介于202.49-494.19m2·g-1之間,平均孔徑介于2-5nm;水熱法制備的硅鎂膠的比表面積可達576.38m2·g1,焙燒對樣品的比表面積和孔結(jié)構(gòu)影響很大；FT-IR分析表明硅鎂膠表面含有豐富的硅羥基(Si-OH)和鎂氧基(MgO)；硅鎂膠衍射圖譜中出現(xiàn)三個非晶衍射峰,表明具有非晶態(tài)的晶相結(jié)構(gòu)；SEM分析表明,硅鎂膠都是無定型結(jié)構(gòu),顆粒分散性好,顆粒間易聚集；硅鎂膠表面酸堿性和化學(xué)穩(wěn)定性實驗表明,硅鎂膠具有很好的緩沖作用和化學(xué)穩(wěn)定性。 3.亞甲基藍評價硅鎂膠的吸附性能表明不同鎂硅摩爾比的硅鎂膠的吸附性能不同,R-MS-Cl-1的吸附性能最好；水熱條件下制備的硅鎂膠的吸附性能均較好,水熱溫度對不同鎂硅摩爾比的硅鎂膠的吸附影響較大。根據(jù)硅鎂膠對不同性質(zhì)的污染物的吸附性能不同,考察了污染物的濃度、硅鎂膠的用量、溶液pH值、吸附時間和溫度等對硅鎂膠吸附性能的影響。 4.分別選用亞甲基藍、弱酸性紅2R、堿性棕和直接凍黃G為染料吸附對象,研究了不同種類的硅鎂膠的吸附性能。結(jié)果表明,四種染料在硅鎂膠上的脫除率隨著投加量增加而增大,溶液pH值對脫色率影響不大。吸附熱力學(xué)研究表明,Langmuir吸附模型能夠很好地描述硅鎂膠對各種染料的吸附,且吸附為優(yōu)惠吸附；吸附自由能變△G0,表明吸附過程是自發(fā)進行的不可逆過程；吸附焓變△H0表明吸附過程為吸熱反應(yīng),△H值較小,說明吸附過程為物理吸附,升高溫度有利于吸附進行。吸附動力學(xué)研究表明,偽二級動力學(xué)方程能夠很好描述硅鎂膠對各種染料的吸附,吸附平衡在很短時間內(nèi)完成；顆粒內(nèi)擴散不是唯一的控速步,整個吸附過程由快速吸附階段、逐漸吸附階段和吸附平衡階段三個吸附階段完成。 5. H-MS-C1-2對磷酸根吸附的最佳條件是吸附劑用量為2g·L-1,磷酸根濃度為50mg·L-1,溶液pH值對磷酸根的吸附影響不大,平衡吸附量為41mg·g-1; Freundlich吸附等溫模型和偽二級動力學(xué)模型都能很好地描述H-MS-Cl-2對磷酸根的吸附行為,吸附速率常數(shù)k2隨著吸附溫度的升高而降低；吸附過程的ΔG0, ΔH0, ΔS0,表明吸附是自發(fā)進行的吸熱的物理吸附過程,磷酸根和硅鎂膠的作用力較弱。 6. R-MS-Cl-1對Ni2+和CO2+表現(xiàn)出良好的吸附性能,吸附平衡時間在1.5-2h,溶液pH為5時R-MS-Cl-1對兩種離子都有很好的脫除效果；偽二級動力學(xué)模型能夠描述R-MS-Cl-1對兩種離子的吸附行為,真實地反映出硅鎂膠對兩種離子的吸附機理；不同溫度下的吸附是自發(fā)進行的不可逆過程,△H值介于4.67-35.1kJ·mol-1范圍,說明吸附過程為物理吸附。 本論文立足于自然界中具有高吸附性能的富鎂硅酸鹽礦物和鹵水中豐富的鎂資源,通過溶膠-凝膠和水熱兩種方法制備了一系列不同鎂硅摩爾比的硅鎂膠多孔吸附材料,并應(yīng)用于水溶液中染料(亞甲基藍、弱酸性紅2R、堿性棕和直接凍黃G)、重金屬離子(Ni2+和Co2+)和磷酸根離子的吸附脫除研究。本研究既得到了一類在環(huán)境治理中具有一定的實用價值和明顯的環(huán)境效益的新型吸附材料,又為鹵水中鎂鹽的大規(guī)模利用提供了新領(lǐng)域。因此,該研究不僅具有重要的理論創(chuàng)新意義,還具有潛在的實用價值和明顯的環(huán)境效益。
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：O647.3;X55

【參考文獻】

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本文編號：2632290