改性海泡石制备及其对甲醛的吸附行为研究

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近年来,影响人类健康的室内空气污染问题逐渐引起人们的关注和重视,甲醛是室内污染的主要污染源,长期接触会对人的身体造成巨大的危害。甲醛去除剂的研究已成为热点,自身具有吸附性能的矿物材料是制备甲醛去除剂的绝佳原料,海泡石作为一种生产能耗低、不易燃烧的环保材料,具有独特的孔道结构、较大的比表面积和极强的吸附能力,是甲醛去除剂的理想原材料。论文以湖南某海泡石作为原料,制备了三种改性海泡石:盐酸改性海泡石、酸铝改性海泡石和“酸+水热”联合改性海泡石,以甲醛作为吸附质,进行静态吸附试验,研究改性前后海泡石的矿物学和物化性质的变化情况以及改性后海泡石对甲醛的吸附行为。研究不同吸附温度、吸附时间和吸附浓度对海泡石动态吸附甲醛性能的影响,拟合、计算改性海泡石吸附甲醛的吸附等温线、吸附热力学和吸附动力学,最后采用Materials Studio软件中Sorption模块模拟海泡石吸附甲醛气体的吸附等温线和吸附位点,分析海泡石吸附甲醛的机理。主要结论如下:三种改性方法中盐酸改性效果最佳,采用质量分数15%的盐酸在改性温度60℃条件下改性8h后的海泡石对甲醛静态吸附效果最好,甲醛吸附量为1.30mg/g,改性后海泡石BET比表面积由原矿的71.50m~2/g增加到250.02m~2/g,改性后纤维状海泡石增多。酸铝改性后海泡石比表面积增加到213.25m~2/g,改性后海泡石结构松散,出现“分层”现象。改性使海泡石出现更多的Si-OH键,同时增加了海泡石的热稳定性。改性海泡石吸附甲醛是一个以物理吸附为主、自发进行且放热的单分子层吸附过程。可以用准一阶动力学模型来描述海泡石吸附甲醛气体动力学过程,吸附是一个缓慢的过程,海泡石吸附甲醛颗粒内扩散模型表明:由内扩散和膜扩散共同决定其吸附速率。通过在Sorption模块中模拟海泡石晶体模型吸附甲醛的试验发现:各种海泡石对甲醛均有明显的吸附作用,用H~+改性海泡石的吸附量最大,其吸附等温线符合Langmuir单分子层吸附模型,甲醛分子间无相互作用。从吸附能量分布曲线和吸附位点图发现,甲醛在海泡石中吸附,只有一个吸附位点,即在硅氧四面体附近。越靠近海泡石结构的位置区域能量越小,在通道中心区域的能量最大,甲醛更容易在此处吸附。
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