凹凸棒石复合吸附材料的制备及性能研究

来源 :西北师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yyw2dy2001
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二十一世纪以来,环境问题越来越受到人们的重视,其中水质问题更是受到社会各阶层的关注。由于工农业的高速发展,各种工业废水、大量农药化肥使用对自然水源造成严重污染,导致全球干净水资源紧张,污水治理成为人们面临的重要挑战。凹凸棒石(ATP)又称为坡缕石,是一种由含水的镁铝硅酸盐组成的天然一维纳米型黏土矿物。近年来,将性价比高、易于处理、可回收的凹凸棒石运用到水处理领域方面研究倍受科研人员青睐。凹凸石在自然界储量丰富,有着天然一维纤维状结构,多孔形态和较大的比表面积。凹凸棒石由于本身天然独特结构使它很容易自身或者与其它杂质团聚,从而导致出现了表面积减少,孔道结构封闭等现象,使它的吸附脱色性能受干扰,所以未处理的凹凸棒石原矿吸附效果并不理想。但其来源广,价格低等优点,经过改性活化的凹凸棒石被广泛应用于油脂脱色、染料废水及重金属污染物的去除等领域。本论文选取凹凸棒石做为基础材料,通过改性、复配等方法,制备了凹凸棒石基复合材料吸附剂,用于解决目前染料和重金属离子废水处理问题,同时为目前市售吸附剂价格较高等缺点的解决带来了新的途径。本论文对污水处理中污染物可能的去除机理进行了研究。实验部分的设计由浅入深,从凹凸棒石本身用作吸附剂出发,探究不同产地凹凸棒石的吸附性能,经过筛选发现本论文中应用的临泽地区出产的其中一个矿层凹凸棒石吸附性能最佳。同时制备了海藻酸钠聚乙烯醇水凝胶(PVA/SA),在此基础上复合凹凸棒石,制备了聚乙烯醇/海藻酸按/凹凸棒基复合材料,简称(PVA/SA/ATP),最后对该材料进一步性能提升,制备了纤维素/聚乙烯醇/海藻酸钠/凹凸棒基复合材料(PVA/SA/ATP/CMC)。本论文研究内容和实验结果如下:1.选择不同产地的凹凸棒石粘土:甘肃临泽(LZ-ATP),江苏盱眙(XY-ATP),安徽明光(MG-ATP),将三产地凹凸石粘土提纯,热处理,酸处理,以亚甲基蓝为污染物初步判断其吸附性能强弱。三产地凹凸棒石分别进行红外光谱(FT-IR)、X-射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、全岩矿物成分分析及X-射线荧光化学成分分析。对预处理前后临泽凹凸棒石进行了红外光谱(FT-IR)、X-射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、全岩矿物成分分析(全岩XRD)、X-射线荧光化学成分分析(XRF)。吸附亚甲基蓝实验结果表明,在热处理和酸处理后,临泽地区凹凸棒石吸附表现最好,其最佳处理条件为:200°下热处理2 h,1 mol/L HCl酸处理,最佳吸附量为138 mg/g。2.制备了聚乙烯醇海/藻酸钠水凝胶(PVA/SA),在两者最佳复配基础上,添加第一部分实验筛选出的临泽地区凹凸棒石黏土,制备出聚乙烯醇/海藻酸钠/凹凸棒复合吸附材料(PVA/SA/ATP),并探讨了吸附性能。实验结果表明,相比于纯ATP和PVA/SA,本章最终制备的吸附剂PVA/SA/ATP复合材料吸附效果明显增强。对亚甲基蓝实际最大吸附量为809.88 mg/g,理论吸附最大量为954.13 mg/g。对Pb2+的实际最大吸附量为329.89 mg/g,理论吸附最大量为339.53 mg/g。3.第三部分实验以第二部分实验为基础,为了提高PVA/SA/ATP吸附剂的性能,在其最佳配方基础上添加了羧甲基纤维素钠制得聚乙烯醇/海藻酸钠/纤维素/凹凸棒基复合吸附剂(PVA/SA/ATP/CMC)。与PVA/SA/ATP相比较,新材料PVA/SA/ATP/CMC的吸附能力明显提高,对亚甲基蓝实际最大吸附量为1469.11mg/g,理论吸附最大量为2510.38 mg/g。对Pb2+的实际最大吸附量为348.84 mg/g,理论吸附最大量为430.30 mg/g。
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