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《山东师范大学》 2011年
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有机改性膨润土对重金属的吸咐机理研究

赵丛  
【摘要】:随着科技和工农业的发展,土壤重金属污染日益严重,重金属污染土壤的修复已成为当前研究的热点。对于农业活动引起的程度较轻的面源污染,尤其是复合污染土壤的治理,原位固定方法在成本和时间上更能满足重金属污染修复的要求。选择一种价格低廉、环境友好、性能可靠的固定剂成为原位固定技术关键。有机-无机复合体对重金属的吸附、络合等能力大于单一的有机物或无机物已被大量研究证实。目前主要选用天然粘土矿物材料与有机化学试剂为材料,制备的复合体虽有较高的吸附能力,但存在成本较高及二次污染的隐患,选用天然的有机材料代替有机化学试剂则可以有效地避免上述问题。 本论文分别利用天然猪粪降解液和化学试剂十六烷基三甲基溴化铵(HDTMA)来制备改性膨润土,确定各自的最佳制备工艺条件;通过对膨润土与两种有机材料吸附动力学、吸附热力学、吸附稳定性的研究,比较不同有机材料与膨润土的作用机理;通过对两种有机改性膨润土吸附不同重金属的研究,比较不同有机材料制备的改性膨润土对重金属吸附机理与吸附牢固性的差异,为实际应用中选择高效、经济、安全的固定剂,发展原位固定技术修复重金属污染土壤提供理论依据。 本文主要获得的研究成果如下: 制备有机膨润土时,有机物投加量、体系pH值、反应时间、反应温度均影响有机膨润土对重金属的吸附能力。猪粪降解液改性膨润土的最佳制备工艺条件为:W猪粪:W膨润土=3:1(质量比),pH为9,反应温度为60℃,反应时间为4h;HDTMA改性膨润土的最佳制备工艺条件为:WHDTMA:W膨润土=1:2(质量比),pH为7,反应温度为90℃,反应时间为2.5h。在最佳工艺条件下,猪粪降解液改性膨润土、HDTMA改性膨润土对Cu2+的去除率分别为92.4%和94.1%,相差不大。 膨润土原土与改性膨润土表面均带负电荷,并且表面带负电荷量依次为膨润土原土猪粪降解液改性膨润土HDTMA改性膨润土;扫描电镜表明膨润土原土表面较平坦规则,而有机膨润土表面凹凸不平,且HDTMA改性膨润土表面较猪粪降解液改性膨润土表面更粗糙。 膨润土对猪粪降解液与HDTMA的吸附分别在100min、60min达到平衡,准二级动力学模型能够更好的拟合吸附动力学过程。二者在膨润土上的吸附热力学过程用Freundlich方程能更好的拟合,拟合结果表明,膨润土对两种改性剂的吸附均属于优惠吸附,并且膨润土对HDTMA的吸附能力更强。震荡时间、体系pH、盐离子浓度对改性膨润土的稳定性均有影响。震荡时间延长,两种改性剂解吸量均增大;pH对猪粪降解液改性膨润土稳定性影响较小,而HDTMA改性膨润土仅适用于中性或弱碱性环境中,在酸性环境中,应优先选用猪粪降解液改性膨润土;随着NaCl和CaCl2浓度浓度的升高,两种改性膨润土的稳定性均先降低后升高,并且CaCl2对改性膨润土的稳定性影响更大。 膨润土原土、猪粪降解液改性膨润土、HDTMA改性膨润土对Cu2+、Zn2+的吸附能力依次为:HDTMA改性膨润土猪粪降解液改性膨润土膨润土原土,这与各吸附剂表面粗糙程度顺序一致,且各吸附剂对Cu2+的吸附能力均大于Zn2+。各吸附剂对Cu2+、Zn2+的吸附平衡时间依次为膨润土原土猪粪改性膨润土HDTMA改性膨润土,准二级动力学方程能更好的拟合吸附剂对Cu2+、Zn2+的吸附动力学过程。 两种改性膨润土对Cu2+、Zn2+的吸附能力受吸附剂投加量、体系pH的影响。随着投加量的增加,各吸附剂对Cu2+、Zn2+的去除率增大;pH值在接近中性或碱性条件下对Cu2+、Zn2+吸附有利,建议在中性条件下进行吸附反应。重金属初始浓度、pH、解吸时间影响Cu2+、Zn2+在改性膨润土上吸附牢固性,各条件下Zn2+在两种改性膨润土上的解吸率均高于Cu2+,Cu2+、Zn2+在猪粪改性膨润土上的解吸率均要高于在HDTMA改性膨润土。 总体来看,膨润土对HDTMA的吸附能力更强、吸附稳定性更高,但解吸量大于猪粪降解液;应用于重金属吸附时,HDTMA改性膨润土对重金属的吸附能力及吸附牢固性均略高于猪粪降解液改性膨润土,但前者对重金属的吸附性能受环境因素影响更大。在实际应用中,要根据重金属污染程度及环境特征进行选择使用,对于低浓度重金属的面源污染,可以选择价格低廉、环境友好的猪粪降解液改性膨润土进行治理。这为发展实用、经济、安全的重金属污染修复技术提供理论基础与技术依据。
【学位授予单位】:山东师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:X53

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
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【参考文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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