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《中国海洋大学》 2011年
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硅镁胶的合成与吸附性能

张丽丽  
【摘要】:采用水热法,以Na_2SiO_3·9H_2O和MgCl_2·6H_2O为原料合成了一系列新型硅镁胶,考察了原料Mg/Si摩尔比、原料混合方式、焙烧温度、水热温度和时间、造孔剂等合成条件对其吸附性能的影响。并利用比表面积及孔结构分析仪(BET)、扫描电镜(SEM)、傅立叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)等仪器分析方法对产物进行表征。研究了硅镁胶对两种染料(碱性品绿和碱性嫩黄O)和Ca~(2+)的吸附性能,考察了溶液初始浓度、吸附剂投加量、吸附时间、溶液初始pH值和离子强度等因素对吸附性能的影响。 通过仪器表征和对碱性品绿吸附实验可知,硅镁胶水热合成的影响条件中原料Mg/Si摩尔比和焙烧温度是影响硅镁胶吸附性能的主要因素,原料混合方式、水热温度和时间是次要因素,造孔剂的添加对硅镁胶的改性作用不明显。通过对硅镁胶中MgO和SiO_2含量测定可知,不同原料Mg/Si摩尔比对水热合成的硅镁胶的组成影响不大,硅镁胶中的镁源和硅源可能形成1:1的结构单元层。合成的硅镁胶多为微孔或中孔的层状硅镁化合物,镁离子溶出率低,对水溶液有碱化作用。 用硅镁胶对水溶液中的碱性品绿进行吸附脱除,原料Mg/Si摩尔比为1:1,焙烧700℃的硅镁胶(1:1 C-Mg-Si gel-700)表现出最佳吸附性能。在25~55℃条件下,吸附符合Langmuir线性等温方程式;吸附过程符合伪二级动力学方程,最大平衡吸附量为598.95mg·g~(-1)。溶液初始浓度为300mg·L~(-1),吸附剂投加量为0.5g·L~(-1),吸附时间为200min,温度为45℃是硅镁胶对碱性品绿的最佳吸附条件。吸附为快速吸附过程,主要受溶液中浓度梯度影响。初始pH值在3~11时,碱性品绿脱除率基本保持不变,在高pH值范围内,碱性品绿的脱除为硅镁胶的吸附性能和碱性品绿与NaOH反应的协同效应。 用硅镁胶对水溶液中的碱性嫩黄O进行吸附脱除,原料Mg/Si摩尔比为1:1,不焙烧的硅镁胶(1:1 Mg-Si gel)表现出最佳吸附性能。在25~55℃条件下,吸附符合Langmuir线性等温方程式;吸附过程符合伪二级动力学方程,最大平衡平衡吸附量为149.25mg·g~(-1)。溶液初始浓度为300mg·L~(-1),吸附剂投加量为2.0g·L~(-1),吸附时间为200min,温度为55℃是硅镁胶对碱性嫩黄O的最佳吸附条件。吸附为快速吸附过程,主要受溶液中浓度梯度影响。初始pH值在3~11时,碱性嫩黄O脱除率基本保持不变。 用硅镁胶对水溶液中的Ca~(2+)进行吸附脱除,水热180℃,Mg/Si摩尔比为1:4且不焙烧的硅镁胶(180~(-1):4 Mg-Si gel)表现出最佳吸附性能。在25~55℃条件下,吸附符合Langmuir线性等温方程式;吸附过程符合伪二级动力学方程,最大平衡吸附量为50.00mg·g~(-1)。溶液初始浓度为50mg·L~(-1),吸附剂投加量为1.5g·L~(-1),吸附时间为150min,温度为55℃是硅镁胶对Ca~(2+)的最佳吸附条件。吸附为快速吸附过程,主要吸附剂表面带电性的影响。初始pH值在2~11时,Ca~(2+)的脱除率随初始pH值增加呈阶梯状上升趋势。
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