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随着工业经济的快速发展,铬污染已经成为目前急需解决的环境问题之一,铬离子在水溶液中主要以Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)两种价态存在,其中Cr(Ⅵ)具有较强的毒性,很难降解,可通过食物链聚集在人体内,引发人体的病变。粘土矿物作为新型的吸附剂广泛用于废水的处理方面,其中凹凸棒石是一种廉价且储量丰富的粘土矿物,其较大的内外比表面积、特殊的晶体结构等特点使其具有较好的吸附特性,因此研究和制备凹凸棒石材料作为吸附剂并且用于处理工业含铬废水具有较大的发展潜力。本文以凹凸棒石为载体分别制备磁性凹凸棒石/Co Fe2O4和氨基功能化凹凸棒石@C纳米复合材料,并用于处理含Cr(Ⅵ)废水,通过序批实验和表征手段对其吸附机理进行研究,主要内容包括:1、凹凸棒石/Co Fe2O4对Cr(Ⅵ)的吸附性能研究,具体研究内容和结论如下:采用低温回流法制备凹凸棒石/Co Fe2O4磁性复合材料,通过比表面积(BET)、X射线(XRD)、红外(FTIR)、磁滞回线等表征手段分析复合材料的性质,探讨投加量、p H、时间等因素对Cr(Ⅵ)吸附的影响,并研究其吸附动力学及吸附热力学,分析吸附前后复合材料的FTIR和X射线光电子能谱(XPS),实验结论如下:(1)由表征手段可知Co Fe2O4以简单的物理方式负载在凹凸棒石表面,复合材料增加了凹凸棒石的比表面积,但并未改变凹凸棒石的自身性质,同时可知凹凸棒石/Co Fe2O4具有良好的超顺磁性。(2)由凹凸棒石、凹凸棒石/Co Fe2O4和Co Fe2O4等不同吸附材料吸附Cr(Ⅵ)实验可知凹凸棒石/Co Fe2O4吸附效果更好,p H在2~12范围内,吸附量随p H值的增大而减少,p H=2时吸附量最大,为17.17 mg/g。(3)凹凸棒石/Co Fe2O4对Cr(Ⅵ)的吸附热力学符合Freundlich等温吸附模型,吸附过程是一个自发、放热的过程,吸附动力学实验表明吸附过程符合准二级动力学模型。(4)由吸附后的FTIR可知凹凸棒石/Co Fe2O4中的部分羟基参与了吸附作用。XPS分析可知吸附后凹凸棒石/Co Fe2O4表面主要以Cr(Ⅵ)形式存在,还有少量Cr(Ⅲ),以及发生Cl-和铬酸根离子的离子交换作用。2、氨基功能化凹凸棒石@碳纳米复合材料对Cr(Ⅵ)的吸附作用,具体内容和结论如下:采用水热法制备氨基功能化凹凸棒石@碳纳米复合材料,通过FTIR、XRD、Zeta电位等表征手段分析复合材料的性质,探讨时间、p H对总铬吸附量和Cr(Ⅵ)去除率的影响,研究其吸附热力学和吸附动力学,并利用吸附前后纳米复合材料的FTIR和XPS对其吸附机理进行初步探讨,实验结论如下:(1)以凹凸棒石为载体,葡萄糖为碳源,氨水为氮源,采用水热法制备氨基功能化凹凸棒石@碳纳米复合材料,与凹凸棒石、凹凸棒石@碳、活性炭相比具有较高的Cr(Ⅵ)去除率和总铬吸附量,因此该复合材料可作为良好吸附剂用于Cr(Ⅵ)的去除。(2)通过FTIR、XRD、Zeta等表征手段对氨基功能化凹凸棒石@碳纳米复合材料进行表征,对其结构和性质进行分析,结果表明复合材料不仅保留凹凸棒石的基本性质,而且其表面富含―CH、―OH、―COOH、―NH2等官能团,为Cr(Ⅵ)的吸附提供更多的结合位点,提高凹凸棒石对Cr(Ⅵ)的吸附性能。(3)氨基功能化凹凸棒石@碳纳米复合材料对Cr(Ⅵ)的吸附实验,包括时间、p H、温度等因素对Cr(Ⅵ)的吸附性能,结果表明吸附过程中存在Cr(Ⅵ)的吸附-还原-再吸附的反应。在25℃,投加量为0.05 g,p H为2.0,吸附时间为12 h,总铬吸附率为62.40%,Cr(Ⅵ)去除率为95.26%,总铬吸附量为52.26 mg/g。(4)该复合材料对Cr(Ⅵ)的吸附热力学符合Langmuir等温吸附模型,吸附过程是一个自发、吸热的过程,吸附动力学实验表明吸附过程符合准二级动力学模型。(5)对氨基功能化凹凸棒石@碳纳米复合材料吸附Cr(Ⅵ)前后的FTIR和XPS进行表征分析,由吸附前后的FTIR可知复合材料中的氨基、羟基等活性官能团参与Cr(Ⅵ)吸附过程,结合Cr、C、N、O的XPS分析结果可知吸附过程存在Cr(Ⅵ)还原Cr(Ⅲ)反应、Cr(Ⅵ)静电吸附、Cr(Ⅲ)与氨基及羧基的配位吸附、Cr(Ⅲ)与金属离子间的离子交换吸附。