复合改性纳米蒙脱土材料的制备及其对水中Cr(Ⅵ)吸附效果应用研究

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蒙脱土是一种硅铝酸盐矿物,其具有层状-多孔立体形态结构,比表面积大,有较高的阳离子交换容量(Cation Exchange Capacity,简称CEC),在处理含Cr(Ⅵ)工业废水方面具有独特优势。本文采用溶胶-凝胶法制备钛酸四丁酯(TBT)和乙二胺四乙酸(EDTA)阴-阳离子复合改性纳米蒙脱土。以模拟废水中Cr(Ⅵ)去除率为吸附剂性能评价指标,对所制备的改性蒙脱土进行吸附性能对比。通过XRD、FT-IR、BET、SEM、TEM分析方法对吸附剂进行了表征。优化了吸附剂制备条件和工艺条件,研究了其对不同重金属离子的吸附性能及再生。建立Langmuir、Freundlic两种吸附等温方程和准一级、准二级、颗粒内扩散三种动力学模型,探究吸附等温线和吸附动力学。用TBT改性蒙脱土,通过表征分析表明改性后蒙脱土的纳米片层结构没有被破坏。以TBT柱化剂浓度15 mmol/g,超声功率80W,超声温度25℃,固液比1.0%为条件制备的TBT-MT-Q吸附效果最佳,对Cr(Ⅵ)去除率为81.02%,单位吸附量为12.18 mg/g。用EDTA和TBT复合改性蒙脱土,通过表征分析表明复合改性后蒙脱土的纳米片层结构没有被破坏。两改性剂同时加入摩尔比为1:2时制备样品对Cr(Ⅵ)去除率达到97%,单位吸附量为14.20 mg/g。对工艺条件研究发现,在反应温度25℃,Cr(Ⅵ)初始浓度30 mg/L,模拟废水pH=6.0,投加量0.2 g/100mL时样品对Cr(Ⅵ)去除率为99.012%,单位吸附量为14.851mg/g。通过再生研究发现:第一次再生后去除率为96.680%,继续进行吸附再生试验时Cr(Ⅵ)去除率降低。当再生次数达到4次时,几乎没有吸附效果。样品ETAM-1:2对Fe(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)也有良好的吸附能力。最后,研究了改性蒙脱土吸附Cr(Ⅵ)的吸附等温方程和吸附动力学。通过拟合得出Langmuir等温方程能更好的描述该过程。通过颗粒内扩散模型、准一级、二级动力学计算得:准二级动力学更符合Cr(Ⅵ)吸附过程,整个吸附过程中除了物理吸附还有化学吸附。通过颗粒内扩散拟合发现整个吸附过程分为“快速吸附”和“未饱和吸附”两个阶段,经过拟合得出快速吸附阶段速率大于未饱和吸附阶段速率(kd1>kd2)。
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