改性沸石、膨润土对重金属离子的吸附性能研究

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近年来,经济的快速发展和工业化进程的推进使环境污染问题不容忽视。水体污染现象也引起人们的广泛关注。水体中的重金属离子难降解,易积累,可通过食物链进入人体中,危害身体健康。因此,如何高效去除水体中的重金属离子是现在急需解决的问题。本课题主要研究了两方面内容:利用十六烷基三甲基溴化铵(Hexadecyl trimethyl ammonium Bromide, CTMAB)和嗅代十六烷基吡啶(Bromohexadecyl pyridine, CPB)改性沸石、未改性沸石吸附Cr2O72-和Pb2+,探究其对不同重金属离子的吸附差异性;通过Zeta电位、红外光谱(FTIR)、X-ray衍射(XRD),对改性沸石、未改性沸石表征及内部结构进行分析,重点研究了改性沸石和未改性沸石对Cr2072-和Pb2+差异性吸附的原因;并探究了pH值对重金属离子吸附量的影响。利用壳聚糖复合改性沸石、膨润土,以离子液体作为溶剂,分别制备壳聚糖交联沸石、膨润土微球(CTS/IL/Z、CTS/IL/B);重点研究了两种吸附剂分别对Cu2+、Cr2O72-及Pb2+的吸附性能,并探究溶液的pH值、吸附剂的投加量等影响因素对重金属离子吸附量及去除率的影响;通过Zeta电位、FTIR、扫描电镜(SEM),能谱仪(EDS),对CTS/IL/Z和CTS/IL/B表征及内部结构进行分析,探索了CTS/IL/Z和CTS/IL/B对重金属离子的作用机制;在此基础上,还对吸附剂在酸溶液中的再生过程进行了研究。本课题主要研究结果如下:(1)表面活性改性沸石通过表面活性剂改性沸石(CTMAB-Z、CPB-Z)和未改性沸石对Cr2O72-和Pb2+的吸附试验得出:CTMAB和CPB-Z相比于未改性沸石对Cr2072-的吸附量分别提高了4和6倍;而对pb2+的吸附量是未改性沸石的1/3。溶液的pH为4-6时,对Cr2072-和Pb2+的吸附效果较好。Langmuir模型和准二级吸附动力学模型对不同类型沸石吸附Cr2072-及Pb2+的拟合度均达到0.95以上。Zeta电位测定发现未改性沸石Zeta电位为-35.90,CTMAB-Z和CPB-Z Zeta电位分别为5.65,21.60,改性后沸石表面Zeta电位相比于未改性沸石由原来的负电性变为正电性。(2) CTS/IL/Z、CTS/IL/B微球利用制备的壳聚糖交联沸石、膨润土微球(CTS/IL/Z、CTS/IL/B),分别吸附Cu2+、Cr2072-和Pb2+,试验发现CTS/IL/Z、CTS/IL/B对Cu2+的吸附容量分别为118.8 mg/g,125.5mg/g;对Pb2+的吸附容量分别为324.48 mg/g,250.0 mg/g。两种吸附剂对Cr2072-的吸附量相比于未改性沸石、膨润土提高了近5倍。通过探究pH值对去除率的影响发现:当pH为4时,CTS/IL/Z、CTS/IL/B对Pb2+的去除率分别达到98%和99%;当pH为6时,CTS/IL/Z、CTS/IL/B对Cu2+的去除率均达到99%以上;对于Cr2072-的吸附,酸性条件下好于碱性条件下。共存体系中,CTS/IL/Z、CTS/IL/B对不同重金属离子有选择吸附性,其吸附量大小顺序为:Cu2+>Pb2+>Cr2072-。本试验采用酸再生法对吸附剂进行再生,试验发现用0.1mol/LH2SO4对吸附剂的再生效果较好。试验发现:表面活性剂改性沸石与未改性沸石对Pb2+和Cr2O72-的吸附性能不同。通过Zeta电位、FTIR及XRD等测定改性沸石、未改性沸石表面及内部结构特征,证明表面活性剂以双分子层形式结合到沸石表面,从而使沸石的电负性发生改变,并提出静电吸附机理可能是改性沸石选择性吸附不同类型金属离子的主要原因。CTS/IL/Z、CTS/IL/B对Cu2+、Pb2+和Cr2O72-的吸附量较未改性沸石、膨润土有较大提高,用FTIR、SEM、 Zeta电位等对吸附剂的表征进行分析发现,CTS/IL/Z、CTS/IL/B对不同重金属离子的吸附作用包括:静电作用;螯合作用。
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