【摘要】：陜北地區(qū)作為我國(guó)重要的能源化工基地,能源資源豐富,水資源卻相對(duì)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(lái)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(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的生態(tài)污染,還會(huì)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(duì)陜北志丹膨潤(rùn)土的特性,從因地制宜的角度出發(fā),通過(guò)對(duì)膨潤(rùn)土提純、活化、改性以及對(duì)模擬廢水和蘭炭廢水中有機(jī)污染物的吸附試驗(yàn),系統(tǒng)考察了志丹膨潤(rùn)土的吸附性能與機(jī)理,以期開(kāi)發(fā)用于有機(jī)污染物吸附的膨潤(rùn)土材料,取得了一些有價(jià)值的研究結(jié)果:1.利用提純、鈉化后的志丹膨潤(rùn)土分別對(duì)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(guò)吸附動(dòng)力學(xué)、吸附熱力學(xué)和填充柱床層穿透吸附試驗(yàn)測(cè)試了膨潤(rùn)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(rùn)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(rùn)土對(duì)陽(yáng)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(duì)陰離子有機(jī)污染物(茜素紅)與酚類(lèi)有機(jī)污染物(苯酚)的吸附能力較勇弱,其原因是因?yàn)榕驖?rùn)土缺乏陰離子交換位點(diǎn)且表面具有親水性,主要吸附機(jī)制是層間陽(yáng)離子的交換作用。膨潤(rùn)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(guò)程中天然粘土不活化而造成低比表面積的不足,拓寬膨潤(rùn)土吸附有機(jī)物的范圍,利用鹽酸、硫酸、硝酸和磷酸分別對(duì)提純、鈉化后的志丹天然膨潤(rùn)土進(jìn)行酸活化制備活性白土,通過(guò)單因素及正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)考察活化過(guò)程中不同酸濃度、活化溫度、固液比和活化時(shí)間等條件對(duì)活性白土性能的影響,對(duì)制備的活性白土進(jìn)行表征,研究酸活化的機(jī)理,同時(shí)將膨潤(rùn)土與高嶺土、伊利石進(jìn)行酸活化對(duì)比。研究結(jié)果表明,與其它酸相比,硫酸在活化過(guò)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(shí)間4 h時(shí),制備的活性白土比表面積可達(dá)162.6 m2/g。膨潤(rùn)土活化的實(shí)質(zhì)是蒙脫石層間域陽(yáng)離子和八面體位陽(yáng)離子不斷被交換和溶出的過(guò)程,在相同的酸活化條件下,膨潤(rùn)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(rùn)土中含有相對(duì)較低的硅含量和較高的鐵含量。3.利用鐵氧化物對(duì)活性白土進(jìn)行了無(wú)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(duì)陰離子有機(jī)物、陽(yáng)離子有機(jī)物及酚類(lèi)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(rùn)土相比,柱撐活性白土對(duì)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(duì)陽(yáng)離子有機(jī)物孔雀石綠的吸附性能明顯降低,對(duì)苯酚類(lèi)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(diǎn),減少了吸附陽(yáng)離子的位點(diǎn)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(duì)活性白土和鈉化膨潤(rùn)土進(jìn)行表面硅烷化有機(jī)改性和陽(yáng)離子表面活性劑插層改性,對(duì)制備的有機(jī)接枝改性活性白土和有機(jī)插層改性膨潤(rùn)土進(jìn)行表征,分別考察其對(duì)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(duì)象,對(duì)比測(cè)試了商品活性炭、膨潤(rùn)土、活性白土以及系列改性材料對(duì)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(guò)共價(jià)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(zhǎng)碳鏈表面活性劑對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行插層改性后,有機(jī)陽(yáng)離子與膨潤(rùn)土層間陽(yáng)離子發(fā)生交換,使長(zhǎng)鏈烷烴官能團(tuán)引入膨潤(rùn)土層間結(jié)構(gòu),導(dǎo)致膨潤(rùn)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(rùn)土對(duì)疏水性有機(jī)物苯酚的吸附能力顯著增強(qiáng),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(duì)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(rùn)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(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類(lèi)號(hào)】：O647.3;X703
【圖文】：

１．２膨潤(rùn)土的基本性質(zhì)逡逑１．２．１膨潤(rùn)土的組分及蒙脫石結(jié)構(gòu)逡逑膨潤(rùn)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(gè)Ｓｉ－Ｏ四面體夾一個(gè)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(gè)Ｓｉ－０四面體中Ｓｉ都硅居中央，與四逡逑個(gè)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(lèi)質(zhì)同象置換的影響，地質(zhì)中的Ｍｇ２＋、Ｆｅ２＋等低價(jià)離子取代了邋Ａｌ－Ｏ八逡逑１逡逑

膨潤(rùn)土無(wú)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(shí)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(guò)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(rùn)土的層間被撐開(kāi)，這不僅使層內(nèi)空間的反應(yīng)活性點(diǎn)增加，逡逑而且還使膨潤(rùn)土的層間距以及比表面枳得到有效地提高。此外，膨潤(rùn)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(duì)環(huán)境物質(zhì)的離子交換性和吸附性增強(qiáng)１３９－逡逑４（）］。因此，聚合金屬陽(yáng)離子改性膨潤(rùn)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(shí)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(qiáng)度和水熱穩(wěn)定性的無(wú)機(jī)改性膨逡逑潤(rùn)土材料。逡逑張僉等利用Ｎａ＋、Ｃｕ２＋、Ａｌ３＋和Ｃｒ３＋等無(wú)機(jī)金屬離子對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行改性，并分逡逑別研宄了各種改性膨潤(rùn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，高價(jià)離子改性膨潤(rùn)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(hào)：2724720