【摘要】：本論文以處理和回收利用廢水污染物為目標(biāo),通過新工藝合成了三種不同類型的改性膨潤土(聚合改性膨潤土、膨潤土表面離子印跡聚合物、接枝改性膨潤土),可作為處理劑應(yīng)用于廢水處理流程的不同工段,為一類兼具凈化水質(zhì)和污染物回收利用雙重功能的新型膨潤土吸附劑的研發(fā)和應(yīng)用提供了新的思路和材料基礎(chǔ)。研究了有機／無機配比和處理溫度等參數(shù)與改性膨潤土結(jié)構(gòu)和重金屬離子吸附性能間的關(guān)聯(lián)調(diào)控規(guī)律,揭示了改性膨潤土對目標(biāo)金屬離子的選擇性吸附規(guī)律,將改性膨潤土應(yīng)用于處理造紙污泥和將處理后污泥用于造紙生產(chǎn)過程的基本工藝,為改性膨潤土的實用化提供了新的技術(shù)途徑和理論積累。本論文主要取得以下創(chuàng)新性成果：(1)以有機單體丙烯酰胺與鈉化膨潤土進行原位聚合,再經(jīng)過(微波)加熱,部分有機聚合物被去除或碳化,提高改性膨潤土的層間距和比表面積制備了聚合改性膨潤土。應(yīng)用聚合改性膨潤土吸附處理重金屬廢水,吸附能力明顯提高,有機／無機復(fù)合及加熱處理溫度是影響改性膨潤土吸附性能的關(guān)鍵因素。研究了聚合改性膨潤土處理混合金屬離子的過程,考察了吸附競爭機理,吸附過程符合Langmuir等溫模型或者拓展Langmuir等溫模型,并符合準(zhǔn)二級動力學(xué)公式。(2)以膨潤土為中心,重金屬離子作為“模板”離子,合成了表面離子印跡聚合物。離子印跡聚合物形成了對“模板”離子具有識別功能的空位點,對目標(biāo)金屬離子的選擇性很高。這些空位點分布在聚合物的表面,與金屬離子的接觸性能好,吸附性能明顯提高(0.22RL0.59),吸附過程符合準(zhǔn)二級動力學(xué)方程,吸附反應(yīng)可以自發(fā)進行。同時,吸附過程是吸熱過程,隨著溫度升高,AGo降低。由于離子印跡聚合物可以多次重復(fù)使用以及對目標(biāo)離子的高度選擇性吸附,故可廣泛應(yīng)用于富集廢水中的重金屬離子,并實現(xiàn)回收利用。(3)制備了AM接枝改性膨潤土和CTAC改性膨潤土,并將其應(yīng)用于處理造紙污泥,研究了處理后的造紙污泥回用于造紙生產(chǎn)的基本工藝。研究表明,AM接枝改性膨潤土處理造紙污泥回用于造紙生產(chǎn)具有比CTAC改性膨潤土更好的性能,前者制備的紙張紙張的物理指標(biāo)(勻度3.85 g·m-2,抗張強度30.75 N-m·g-1,環(huán)壓強度8.31 N·m·g-1以及耐破強度1.54 KPa·m2·g-1)與未回用污泥的紙張相近。研究了聚合物分子量、污泥回用量對回收利用造紙工藝的影響,通過調(diào)控接枝PAM分子量、改性膨潤土添加量、污泥添加量等,可有效控制優(yōu)化添加回用污泥紙張的品質(zhì)。結(jié)果表明,最優(yōu)的PAM分子量是400000萬,AM接枝改性膨潤土的最優(yōu)使用量是0.20 wt%,污泥最大回用量是3.0 wt%,其中,乳液狀凈化劑對污泥的處理效果好于粉末狀凈化劑。接枝改性膨潤土處理造紙污泥,提高了造紙原料的利用率,減少了污染物的排放,對于節(jié)能減排具有重要的意義。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：X703
【圖文】：

圖２．１蒙脫石的晶體結(jié)構(gòu)逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｃｒｙｓｔａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｍｏｎｔｍｏｒｉｌｌｏｎｉｔｅ逡逑蒙脫石是由兩片頂角朝里的Ｓｉ－ｏ四面體中間夾一片Ａｌ－（０，ＯＨ）八面體組逡逑成的２：邋１型結(jié)構(gòu)，四面體和八面體靠其間共用的氧原子連接，各晶胞之間靠氧逡逑

吸附劑表面釋放的質(zhì)子被中和，吸附劑表面形成了負(fù)的位點，有利于吸逡逑附金屬離子。因此，ｐＨ提高，有利于吸附金屬離子的能力。但是，ｐＨ值超過７逡逑以后，金屬離子與ＯＨ＿ｉ形成沉淀物，影響實驗研究。從圖４．邋１（ｂ）可以看出，在逡逑ｐＨ超過７的時候，吸附曲線有一個比較明顯的拐點，這可能是因為產(chǎn)生了金屬逡逑離子沉淀，溶液中的金屬離子濃度變小，卻因為計算的原因，體現(xiàn)為吸附量出現(xiàn)逡逑了一個拐點。在本章實驗中，選擇ｐＨ＝６。逡逑實驗結(jié)果也說明了金屬吸附過程中的特定位點性質(zhì)。在低Ｚｎ濃度，在吸附逡逑劑表面可以吸附金屬離子的位點數(shù)量超過了金屬離子的數(shù)量。而在高金屬離子濃逡逑度時，吸附劑表面的位點不夠吸附溶液中的金屬離子，ｐＨ曲線才變平緩。逡逑４．２．３無機／有機聚合比例的影響逡逑以ｌＯＯｇ膨潤土分別與ｌＯＯｇ、８０ｇ、６０、４０ｇ有機單體聚合，得到４個樣品，逡逑然后，在４０（ｒＣ下處理后，得到４個樣品，記為ＰＡＭ－ＢＴ１００、ＰＡＭ－ＢＴ８０、逡逑ＰＡＭ－ＢＴ６０和ＰＡＭ－ＢＴ４０。研究這４個樣品對Ｚｎ離子的吸附

邐（４－５）逡逑Ｑｅ邋Ｑｍａｘ＊＾Ｌ邋Ｑｍａｘ逡逑其中，２ｍａｘ是最大吸附量（ｍｍｏｌ＿ｇ＿ｉ），邋是Ｌａｎｇｍｕｉｒ吸附常數(shù)（Ｌｍｍｏｒｉ）。逡逑以Ｃｅ／Ｑｅ對Ｃｅ擬合，得到如圖４．３所示的直線０。說明吸附過程符合逡逑Ｌａｎｇｍｕｉｒ等溫吸附模型。從直線的斜率和截距，可以計算得到和，結(jié)逡逑果見表４．２。逡逑表４．２不同改性膨潤土的等溫吸附參數(shù)逡逑Ｔａｂｌｅ邋４，２邋Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ邋ｉｓｏｔｈｅｒｍ邋ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ邋ｆｏｒ邋ｔｈｅ邋ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋Ｚｎ邋ｏｎｔｏ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｍｏｄｉｆｉｅｄ逡逑ｂｅｎｔｏｎｉｔｅ逡逑樣品邐Ｑｍａｘ邐Ｋｔ邐Ｒｌ邐Ｒ＇逡逑（ｍｍｏｌ．ｇ－ｉ）邐（Ｌ．ｍｍｏｒ】）逡逑ＰＡＭ－ＢＴＩＯＯ邐１．９８邐３．８１邐０．３４邐０．９９８６逡逑ＰＡＭ－ＢＴ８０邐１．９４邐４．４８邐０．３１邐０．９９７６逡逑ＰＡＭ－ＢＴ６０邐１．８５邐４．３３邐０．３２邐０．９９９１逡逑ＰＡＭ－ＢＴ４０邐１．６５邐４．６６邐０．３０邐０．９９９６逡逑３０逡逑

【參考文獻】

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本文編號：2798031