埃洛石改性及其对废水中重金属离子的吸附研究

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重金属废水主要来源于矿山开采、金属冶炼加工、化工、电镀等行业排放的废水。目前,处理重金属废水的方法中吸附法是最有效的处理技术之一。天然矿物材料如沸石、斑脱土等,由于其比表面积大、离子交换能力强和低成本等优点,已广泛应用于处理重金属废水,但对于埃洛石处理重金属废水的研究却很少。埃洛石是一种天然硅酸盐矿物,具有均匀的纳米中空管状结构,表面含有大量的-OH官能团,这对埃洛石进行表面化学改性非常有利。埃洛石原矿通常对重金属离子的吸附能力很低,经过化学改性在表面接枝其他官能团会显著提高其吸附能力。本课题以埃洛石及不同有机物为原料,通过溶液共混法对埃洛石进行改性,并通过红外、热重、透射电镜等方法对样品进行表征分析;再利用改性埃洛石对模拟废水进行吸附处理,通过单因素实验考察重金属离子初始浓度、吸附时间、吸附温度、pH值对吸附性能的影响;用实验数据拟合吸附动力学及等温线模型,得到以下结论:①用γ-巯丙基三甲氧基硅烷(KH-590)对埃洛石进行改性制备SH-HNTs纳米复合材料,对改性前后埃洛石的表征结果表明巯丙基成功接枝于纳米管表面,接枝量为0.0235 g/g。SH-HNTs对模拟含银废水的吸附实验结果表明SH-HNTs对Ag(Ⅰ)的吸附速率较快,吸附量随Ag(Ⅰ)初始浓度增加而增大最后维持恒定。SH-HNTs对Ag(Ⅰ)的吸附量几乎不随pH及温度发生变化。另外SH-HNTs对Ag(Ⅰ)的吸附遵循Lagergren准二级反应动力学模型,并且同时符合Langmuir等温模型和Freundlich等温模型。根据Langmuir模型拟合结果计算可知SH-HNTs对Ag(Ⅰ)的最大吸附量为25.51 mg/g。②以十六烷基三甲基溴化铵(HDTMA)对埃洛石进行改性制备HDTMA-HNTs纳米复合材料,对改性前后埃洛石的表征结果表明季铵盐阳离子成功接枝于纳米管表面,接枝量为0.0769g/g。HDTMA-HNTs对模拟含铬废水的吸附结果表明HDTMA-HNTs吸附Cr(VI)的初始吸附速率很快,吸附属放热反应,吸附量随Cr(VI)初始浓度增加而增大,最后维持不变。吸附量随pH的升高会明显降低。另外HDTMA-HNTs对Cr(VI)的吸附分别遵循Lagergren准二级反应动力学模型和Langmuir等温模型。根据Langmuir模型拟合结果计算可知HDTMA-HNTs对Cr(VI)的最大吸附量为6.892 mg/g。③用N-p-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷(KH-792)对埃洛石进行改性制备NH2-HNTs纳米复合材料,对改性前后埃洛石的表征结果表明氨基已成功接枝于纳米管表面,接枝量为0.0187g/g。NH2-HNTs对模拟含铬废水的吸附结果表明NH2-HNTs吸附Cr(Ⅵ)的初始吸附速率很快,吸附属放热反应,吸附量随Cr(Ⅵ)初始浓度增加而增大,最后维持不变。pH在3-5之间吸附能力最好。另外,NH2-HNTs对水中Cr(Ⅵ)的吸附分别遵循Lagergren准二级反应动力学模型和Langmuir单分子层模型。根据Langmuir模型拟合结果计算可知NH2-HNTs对Cr(Ⅵ)的吸附量最高可达47.6 mg/g。
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