本文關(guān)鍵詞：鋁硅酸鹽分子篩的制備、表征及表面化學(xué)反應(yīng)的研究

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【摘要】：我國(guó)具有豐富的礦產(chǎn)資源,但礦產(chǎn)資源集中大量地開(kāi)采容易導(dǎo)致環(huán)境的污染,其中大量的選礦廢水和土壤污染倍受關(guān)注。鋁硅酸鹽是最常見(jiàn)的礦物,是土壤巖石的主要組成部分,在地球上存量巨大,分布廣泛。在自然環(huán)境中,鋁硅酸鹽礦物在天然水體凈化的過(guò)程中扮演著重要的角色,主要通過(guò)吸附、聚沉和降解來(lái)實(shí)現(xiàn)水體凈化。在工業(yè)上,鋁硅酸鹽礦物特別是鋁硅酸鹽分子篩礦物材料作為吸附劑、離子交換劑、催化劑、催化劑載體、填充劑等被廣泛用于石油化工、工業(yè)催化、造紙等工業(yè)領(lǐng)域。鋁硅酸鹽礦物,特別是層狀鋁硅酸鹽礦物即粘土礦物天然存量巨大,廉價(jià)易得,常作為制備分子篩的前驅(qū)體。因此本文從合成典型的層狀鋁硅酸鹽礦物高嶺土和鋁硅酸鹽礦物分子篩入手,研究其摻雜和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換行為,為鋁硅酸鹽礦物材料的深度開(kāi)發(fā)應(yīng)用和合成不同種類的鋁硅酸鹽礦物分子篩提供理論依據(jù)。本文以高嶺土和不同類型分子篩為基礎(chǔ),通過(guò)優(yōu)化合成工藝條件來(lái)提高合成的效能,并利用摻雜和離子交換對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行改性,擴(kuò)展鋁硅酸鹽材料的應(yīng)用范圍,如對(duì)選礦廢水的治理等。本文將對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)和應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)的研究。在摻雜高嶺土的研究中,利用水熱法合成摻Co,Mn,Fe元素的高嶺土(KL),分別得到三種摻雜元素不同含量梯度的Co-KL,Mn-KL和Fe-KL樣品。對(duì)樣品進(jìn)行了X射線粉末衍射儀(XRD)、比表面積孔徑分布儀(BET)、縛立葉轉(zhuǎn)換紅光譜(FTIR)、自動(dòng)電位滴定的表征。通過(guò)結(jié)構(gòu)的表征,研究摻雜元素對(duì)高嶺土結(jié)構(gòu)的影響,研究發(fā)現(xiàn)摻雜高嶺土的晶胞參數(shù)b隨摻雜元素濃度的增加而增大,證明摻雜元素通過(guò)同晶取代進(jìn)入到高嶺土的骨架里面。通過(guò)計(jì)算分析酸堿滴定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)研究摻雜高嶺土的表面酸堿性質(zhì),研究表明摻雜對(duì)高嶺土表面酸堿性質(zhì)有著顯著的影響。摻雜后,高嶺土的比表面積、表面質(zhì)子濃度(Hs)和密度(Ds)均隨摻雜濃度增加而增大,其表面的酸堿平衡常數(shù)也有明顯的變化,研究表明其酸堿表面性質(zhì)與摻雜的元素種類和濃度有關(guān)。在鋁硅酸鹽分子篩的研究中,通過(guò)水熱法、微波法、微波助水熱法在不同時(shí)間溫度條件下合成八面沸石(FAU)、斜發(fā)鈣沸石(GIS)、方沸石(ANA)型分子篩,結(jié)果發(fā)現(xiàn)微波助水熱法比其他兩種的合成效能要高。利用X射線粉末衍射儀(XRD)、傅立葉轉(zhuǎn)換紅光譜(FTIR)、掃描電鏡(SEM)、比表面積孔徑分布儀(BET)對(duì)樣品進(jìn)行表征,研究在合成體系中分子篩晶型轉(zhuǎn)變的歷程。結(jié)果表明,當(dāng)體系的能量不斷增加時(shí),固體產(chǎn)物會(huì)按FAU-GIS-ANA的歷程發(fā)生晶型轉(zhuǎn)化,GIS型分子篩在體系中相對(duì)較為穩(wěn)定。在合成過(guò)程中通過(guò)控制合成的溫度和時(shí)間可以獲得相應(yīng)純相的FAU,GIS和ANA型分子篩。下一步的研究是對(duì)合成的分子篩產(chǎn)物進(jìn)行活化改性和吸附反應(yīng)的研究。X型分子篩(FAU)通過(guò)交換上Ag~+,Cu~(2+)或Pb~(2+)進(jìn)行改性活化,改性后用于處理含黃藥的選礦廢水。研究中用在線原位衰減全反射紅外技術(shù)(ATR-IR)對(duì)分子篩的在線離子交換過(guò)程進(jìn)行觀察。通過(guò)ATR-IR譜圖分析,發(fā)現(xiàn)該方法可以用于監(jiān)測(cè)分子篩的離子交換過(guò)程,并證明交換的可逆性。在吸附實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)分子篩交換上了過(guò)渡金屬陽(yáng)離子時(shí),如Cu~(2+),Pb~(2+),Zn~(2+),Ag~+等離子,分子篩能夠有效地吸附水中的黃藥有機(jī)分子(CnH2n+1OCSSMe)。在線用Cu~(2+)活化后的FAU型分子篩可以在線吸附大量的丁基黃藥,最大吸附量達(dá)402mg/g。在Ag~+改性的FAU型分子篩(Ag-FAU)對(duì)丁基黃藥的吸附實(shí)驗(yàn)中,通過(guò)ATR-IR技術(shù)在線測(cè)試Ag-FAU吸附丁基黃藥的過(guò)程來(lái)研究其吸附動(dòng)力學(xué)性質(zhì)和吸附性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明Ag-FAU對(duì)黃藥的吸附量大,可達(dá)847 mg/g。用ATR-IR光譜中黃藥的特征峰1190 cm-1處的強(qiáng)度隨時(shí)間變化來(lái)研究其吸附過(guò)程的吸附動(dòng)力學(xué),分析表明吸附過(guò)程可以用擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)來(lái)描述。在Pb-FAU對(duì)不同鏈長(zhǎng)的黃藥的吸附實(shí)驗(yàn)中,其對(duì)四種鏈長(zhǎng)的黃藥(乙基、丁基、辛基和十二基)的等溫吸附曲線均符合Langmuir吸附模型。另外也用ATR-IR技術(shù)研究Pb~(2+)改性FAU型分子篩(Pb-FAU)對(duì)不同鏈長(zhǎng)的黃藥的吸附動(dòng)力學(xué),發(fā)現(xiàn)其對(duì)不同鏈長(zhǎng)黃藥的吸附過(guò)程均可先后分為兩個(gè)階段:第一階段符合擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)過(guò)程,擴(kuò)散是吸附的控速步驟;第二階段符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)過(guò)程,化學(xué)吸附為控速步驟。
【學(xué)位授予單位】：濟(jì)南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O647.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1157509