【摘要】：陜北地區(qū)作為我國重要的能源化工基地,能源資源豐富,水資源卻相對匱乏,而能源化工生產(chǎn)與水卻息息相關(guān)。能源化工企業(yè)一方面需要占用有限的水資源來維持生產(chǎn),另一方面又要將大量含有難降解、有毒性的有機(jī)污染物工業(yè)廢水排放,這意味著在陜北地區(qū)如果不能將工業(yè)廢水處理與回收利用,則不僅會帶來嚴(yán)重的生態(tài)污染,還會嚴(yán)重影響陜北能源化工基地的可持續(xù)發(fā)展。本研究針對陜北志丹膨潤土的特性,從因地制宜的角度出發(fā),通過對膨潤土提純、活化、改性以及對模擬廢水和蘭炭廢水中有機(jī)污染物的吸附試驗,系統(tǒng)考察了志丹膨潤土的吸附性能與機(jī)理,以期開發(fā)用于有機(jī)污染物吸附的膨潤土材料,取得了一些有價值的研究結(jié)果:1.利用提純、鈉化后的志丹膨潤土分別對孔雀石綠、亞甲基藍(lán)、茜素紅和苯酚等有機(jī)污染物進(jìn)行吸附研究,通過吸附動力學(xué)、吸附熱力學(xué)和填充柱床層穿透吸附試驗測試了膨潤土吸附不同性質(zhì)有機(jī)污染物的能力與效果,分析了膨潤土處理有機(jī)污染物的吸附機(jī)制。研究結(jié)果表明,提純、鈉化后志丹膨潤土對陽離子有機(jī)物(孔雀石綠和亞甲基藍(lán))具有較好的吸附效果,對陰離子有機(jī)污染物(茜素紅)與酚類有機(jī)污染物(苯酚)的吸附能力較勇弱,其原因是因為膨潤土缺乏陰離子交換位點且表面具有親水性,主要吸附機(jī)制是層間陽離子的交換作用。膨潤土吸附能力與吸附有機(jī)污染物所帶的電荷與分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。2.為了克服傳統(tǒng)粘土改性過程中天然粘土不活化而造成低比表面積的不足,拓寬膨潤土吸附有機(jī)物的范圍,利用鹽酸、硫酸、硝酸和磷酸分別對提純、鈉化后的志丹天然膨潤土進(jìn)行酸活化制備活性白土,通過單因素及正交試驗設(shè)計考察活化過程中不同酸濃度、活化溫度、固液比和活化時間等條件對活性白土性能的影響,對制備的活性白土進(jìn)行表征,研究酸活化的機(jī)理,同時將膨潤土與高嶺土、伊利石進(jìn)行酸活化對比。研究結(jié)果表明,與其它酸相比,硫酸在活化過程中具有較好的應(yīng)用效果,當(dāng)硫酸濃度18%、活化溫度95 ℃、固液比1:2.5、活化時間4 h時,制備的活性白土比表面積可達(dá)162.6 m2/g。膨潤土活化的實質(zhì)是蒙脫石層間域陽離子和八面體位陽離子不斷被交換和溶出的過程,在相同的酸活化條件下,膨潤土的比表面積明顯高于伊利石和高嶺土,其主要原因在于膨潤土中含有相對較低的硅含量和較高的鐵含量。3.利用鐵氧化物對活性白土進(jìn)行了無機(jī)柱撐改性,研究了柱撐活性白土的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì),考察了柱撐活性白土對陰離子有機(jī)物、陽離子有機(jī)物及酚類有機(jī)物的吸附性能,分析作用機(jī)理。研究結(jié)果表明,活性白土被鐵氧化物柱撐改性后,其層間距和比表面積均增大。與鈉化膨潤土相比,柱撐活性白土對陰離子有機(jī)物茜素紅具有良好的的吸附性能和重復(fù)使用性,對陽離子有機(jī)物孔雀石綠的吸附性能明顯降低,對苯酚類有機(jī)物的吸附能力略有提高,這與Fe203柱撐改性活性白土后未改變表面的親水性,而增加了吸附陰離子的位點,減少了吸附陽離子的位點有關(guān)。4.利用三甲基氯硅烷和十六烷基三甲基溴化銨分別對活性白土和鈉化膨潤土進(jìn)行表面硅烷化有機(jī)改性和陽離子表面活性劑插層改性,對制備的有機(jī)接枝改性活性白土和有機(jī)插層改性膨潤土進(jìn)行表征,分別考察其對苯酚的吸附性能,分析作用機(jī)理,最后以蘭炭廢水為處理對象,對比測試了商品活性炭、膨潤土、活性白土以及系列改性材料對廢水中有機(jī)物的吸附能力。研究結(jié)果表明,有機(jī)改性劑三甲基氯硅烷可通過共價鍵接枝到活性白土表面的Si-OH基團(tuán)上,改性后白土表面由親水性轉(zhuǎn)為疏水性,比表面積雖有減小,但并不明顯,而長碳鏈表面活性劑對膨潤土進(jìn)行插層改性后,有機(jī)陽離子與膨潤土層間陽離子發(fā)生交換,使長鏈烷烴官能團(tuán)引入膨潤土層間結(jié)構(gòu),導(dǎo)致膨潤土的大部分層間孔道被堵塞,比表面積減小顯著。改性后的活性白土和鈉化膨潤土對疏水性有機(jī)物苯酚的吸附能力顯著增強,且前者的飽和吸附量明顯高于后者,這與制備有機(jī)改性粘土的有機(jī)負(fù)載量和比表面積有關(guān)。有機(jī)接枝改性活性白土對蘭炭廢水中的疏水性有機(jī)物具有良好的吸附處理能力,這進(jìn)一步拓展了膨潤土在有機(jī)廢水處理方面的應(yīng)用。
【學(xué)位授予單位】：陜西師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：O647.3;X703
【圖文】：

１．２膨潤土的基本性質(zhì)逡逑１．２．１膨潤土的組分及蒙脫石結(jié)構(gòu)逡逑膨潤土中的主要成分為蒙脫石，蒙脫石結(jié)構(gòu)如圖１－１所示。由圖可知，蒙脫石逡逑屬于單斜晶系晶體結(jié)構(gòu)，由兩個Ｓｉ－Ｏ四面體夾一個Ａ１－０八面體組成。Ａ１原子居逡逑于所夾Ａ１－０八面體中的中央，與０和羥基０Ｈ的距離相等，而Ｓｉ－０四面體群呈逡逑六角形網(wǎng)絡(luò)分布，沿平面重復(fù)擴(kuò)展，其中每個Ｓｉ－０四面體中Ｓｉ都硅居中央，與四逡逑個０原子以相等的距離堆成四面體形狀，這意味著蒙脫石的理論化學(xué)式為逡逑Ａｌ２０３邋４Ｓｉ０２＿３Ｈ２０，Ｓｉ０２、Ａ１２０３、Ｈ２０邋分別占化學(xué)組成的邋６６．７％、２５．３％、８％ｔ３］。逡逑然而，由于類質(zhì)同象置換的影響，地質(zhì)中的Ｍｇ２＋、Ｆｅ２＋等低價離子取代了邋Ａｌ－Ｏ八逡逑１逡逑

膨潤土無機(jī)改性后的性質(zhì)還與其形成的孔結(jié)構(gòu)以及酸中心的反應(yīng)性能相關(guān)。形成逡逑的“層柱”使粘土層被分隔，并形成許多二維、多孔的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，同時也使分散的單逡逑晶礦物片發(fā)生締合，導(dǎo)致柱層狀結(jié)構(gòu)形成，形成過程如圖１－２所示，而締合顆粒之逡逑間的較大空間又使膨潤土的層間被撐開，這不僅使層內(nèi)空間的反應(yīng)活性點增加，逡逑而且還使膨潤土的層間距以及比表面枳得到有效地提高。此外，膨潤土原土在水逡逑中的性質(zhì)和分散狀態(tài)也得以改變，使其對環(huán)境物質(zhì)的離子交換性和吸附性增強１３９－逡逑４（）］。因此，聚合金屬陽離子改性膨潤土受到不同領(lǐng)域?qū)W者的廣泛重視，目前己經(jīng)從逡逑單一羥基鋁柱撐改性延伸到ＡＩ與其它金屬元素復(fù)合柱撐改性，同時也制備出用于逡逑各種不同的目的、具有不同酸度、孔結(jié)構(gòu)、機(jī)械強度和水熱穩(wěn)定性的無機(jī)改性膨逡逑潤土材料。逡逑張僉等利用Ｎａ＋、Ｃｕ２＋、Ａｌ３＋和Ｃｒ３＋等無機(jī)金屬離子對膨潤土進(jìn)行改性，并分逡逑別研宄了各種改性膨潤土在水溶液中吸附苯酚的能力以及離子形態(tài)與吸附效果的逡逑影響｜４ｎ。實驗結(jié)果表明，高價離子改性膨潤土有利于提氋苯酚的吸附能力

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2724720