收藏本站
《华南理工大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

蛭石基吸附材料的制备、改性及其对水中有机污染物的分离机理

于旭彪  
【摘要】:在印染、焦化、制药等工业废水中,含有大量毒性、难降解有机污染物,这些物质不仅会导致生物处理单元水力停留时间(HRT)的延长,有些惰性污染物还会由尾水进入到自然环境而造成更为严重的生态风险。吸附是一种重要的废水协同处理技术,可以弥补生物技术在惰性和痕量有机物处理上的不足,实现毒性有机污染物的快速分离,并为彻底的分解与毁毒创造有利条件。 蛭石是一种天然的廉价粘土矿物,作为吸附剂具有明显的成本优势,已被用于重金属废水的处理,但由于在层间电荷、元素组成等方面上的特殊性质,用其吸附有机物的研究较少。本文以开发蛭石作为有机污染物吸附材料为目的,通过材料表征、吸附实验和理论模拟的方法,系统考察了蛭石系列吸附剂的吸附性能与机理,并针对蛭石的特性开发了新型改性方法,主要结果有: (1)天然蛭石的吸附能力与有机物的电荷密切相关。对于阳离子染料(亚甲基蓝和结晶紫),天然蛭石通过离子交换作用将其富集到层间域内,室温下的吸附量分别可达24.4 mg/g和25.2 mg/g,吸附反应在2 h左右趋于平衡。亚甲基蓝具有长度约为10 ?的直线型分子结构,吸附到蛭石表面后会占据更多的位点,受Fick定律的影响,当初始浓度超过80 mg/L后,“分子尺寸效应”变得更为强烈,导致吸附量随初始浓度的增加而降低,吸附等温线向下弯曲。由于缺乏阴离子交换位点及表面亲水性质,天然蛭石对阴离子染料(刚果红)及酚类化合物(苯酚和邻氯苯酚)的吸附能力较弱。 (2)以天然蛭石为无机载体,用“插层法”制备有机蛭石,利用XRD、FTIR、SEM等方法表征有机蛭石结构性质。吸附实验结果表明:有机蛭石对刚果红的吸附量由改性前的5.4 mg/g提高至175.4 mg/g,为粉末活性炭的1.6倍,阴离子交换是主要吸附机制。对苯酚和邻氯苯酚的吸附量由2.5 mg/g和3.5 mg/g提高至49.3 mg/g和22.1 mg/g,表面疏水性吸附是主要的吸附机制。 (3)采用MP2/6-31g(d)的量子化学计算方法,对水溶液中有机物在有机蛭石上的吸附进行了分子模拟。根据计算结果,代表性化合物苯酚与不同碳链长度(2~6)改性剂的吸附能分别为:-62.64、-66.12、-67.79、-68.47和-70.06 kJ/mol,碳链长度增加虽然会增大吸附剂与吸附质间的London色散力,但影响有机蛭石吸附能力的本质因素为总有机负载量。五种不同亲水性有机物:苯胺、苯酚、苯、甲苯和氯苯,其与烷基(戊烷)的吸附能分别为:-70.28、-68.47、-61.00、-74.97和-70.07 kJ/mol,其在水中溶解能为-40.13、-46.77、-17.29、-15.41和-19.11 kJ/mol,由此计算出液/固相分配能为:-46.17、-37.27、-57.92、-77.04和-67.36 kJ/mol,说明有机物的亲水性是疏水性吸附过程的控制因子。 (4)针对“插层法”导致有机粘土比表面积低的不足,采用酸活化法提高天然蛭石的比表面积。在1、2、4、6 mol/L的H~+浓度下,蛭石的比表面积由原始的14.4 m~2/g分别提高至201.0、500.0、417.6和375.2 m~2/g,控制八面体阳离子的适量浸出是提高比表面积的关键。作为对比粘土,膨润土和凹凸棒石酸化后的最大比表面积只有124.3 m~2/g和251.6 m~2/g,蛭石中较高的Fe元素含量在提高比表面积中发挥了关键的造孔作用。通过缩聚反应,将三甲基硅烷基团以共价键形式接枝到酸化蛭石表面,制得新型有机-无机吸附材料(记作TMAVs)。TMAVs的最大比表面积为355.4 m~2/g,超过传统有机蛭石的50倍。以疏水性有机物邻苯二甲酸二乙酯(DEP)为目标物进行吸附测试,DEP的吸附遵循液/固相分配模型,其最大分配系数(Kd)为有机蛭石的3.1倍,表现出良好的有机亲和性。TMAVs对焦化废水中有机物的吸附量达18 mg TOC·g~(-1),亦高于有机蛭石12 mg TOC·g~(-1)的吸附量。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:X13

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈涛;罗伟;张凤君;于泷;张国立;;以改性蛭石为填料的生物流化床法处理低C/N污水的应用[J];吉林大学学报(地球科学版);2010年02期
2 梅长彤;徐咏兰;潘明珠;兰萍;杨蕊;;蛭石阻燃刨花板的研究[J];中国人造板;2009年12期
3 ;Adsorption of Ammonium and Heavy Metal Ions on Industrial Vermiculite from the Yuli Mine in Xinjiang, China[J];Acta Geologica Sinica(English Edition);2006年02期
4 苏百丽;彭同江;;酸活化膨胀蛭石的制备及吸附性能研究[J];非金属矿;2011年01期
5 郑广宏,乔俊莲,顾国维,徐一飞,沈阳;水解/接触氧化/活性炭工艺处理印染废水[J];中国给水排水;2003年09期
6 田敏;李洪潮;郭保万;张颖新;张成强;;超细蛭石复合建筑内墙涂料的研制[J];化工矿物与加工;2006年11期
7 张伟;韦朝海;彭平安;任曼;;A/O/O生物流化床处理焦化废水中酚类组成及降解特性分析[J];环境工程学报;2010年02期
8 信欣;何歆;崔钶;陈红燕;孙美娜;姚力;;核桃壳炭化吸附废水中Cr(Ⅵ)的性能研究[J];环境工程学报;2010年10期
9 吴晓芙,胡曰利,聂发辉,王平,李科林;蛭石氨氮吸附量与起始溶液浓度和介质用量的函数关系[J];环境科学研究;2005年01期
10 谢慧君;石义静;滕少香;王文兴;;邻苯二甲酸酯对土壤微生物群落多样性的影响[J];环境科学;2009年05期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 冉红艳;尉犁水黑云母的间层结构和层间域性质研究[D];中国科学院研究生院(广州地球化学研究所);1998年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈志坤;刘文涛;何素芹;朱诚身;辛建泉;;聚合物/蛭石复合材料的研究进展[J];工程塑料应用;2009年02期
2 陈建琳;Atterberg管分离粘土与粉砂流程介绍[J];安徽地质;1998年01期
3 张连军;殷福才;程建萍;潘成荣;陈长琦;;超声对印染废水的可生化性研究[J];安徽化工;2007年04期
4 胡章文,王自友,杨保俊,单承湘;高纯氧化镁制备工艺研究[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2004年04期
5 刘勇;;改性膨润土在胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统中的应用[J];安徽建筑;2008年02期
6 郭宏栋;杨一青;周敏;张媛;童丹;陈慧;;黄河兰州段沉积物对DAP吸附特性研究[J];安徽农业科学;2007年31期
7 潘守奇;朱莉萍;孙军;董静;刘孟孝;;气相色谱法测定水果和蔬菜中嘧霉胺·氟硅唑·抑霉唑残留量[J];安徽农业科学;2008年17期
8 吴志斌;李媚;廖安平;;颗粒活性炭对4-氯酚模拟废水吸附研究[J];安徽农业科学;2010年24期
9 陈丽萍;段毅文;陈艺红;;向日葵秸杆对铜离子的吸附特征研究[J];安徽农业科学;2011年03期
10 王冬莹;周震峰;;农田土壤中邻苯二甲酸酯临界浓度的研究[J];安徽农业科学;2011年34期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王东华;盛楠;;粉尘污染控制持续改进方法研究——一个新概念的提出[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第二卷)[C];2011年
2 刁春鹏;韦朝海;;生物流化床工艺处理焦化废水过程中水相苯系物分析[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
3 黄珂;朱润良;莫晓余;葛飞;;螯合柱撑有机膨润土同时吸附选矿废水中重金属和酚类有机物[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
4 刘汉阳;朱润良;夏燕;;膨润土同时吸附处理结晶紫与2-萘酚[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
5 吕志盛;岳羡君;吴保国;冯春华;韦朝海;;蒽醌修饰电极对微生物电化学系统中偶氮染料的强化降解[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
6 于哲;韦朝海;邓留杰;;微电流条件下金属离子对A/O生物流化床脱氮效果的影响[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
7 朱润良;葛飞;Steve C Parker;;分子动力学模拟研究有机粘土的吸附特征[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
8 孙长顺;奇庭;秦莉红;郭新超;刘新宇;;EDTA络合铜在天然膨润土上的吸附研究[A];第二届重金属污染监测风险评价及修复技术高级研讨会论文集[C];2008年
9 王贯春;邹从沛;;D301树脂吸附硼同位素的热力学研究[A];中国核学会核材料分会2007年度学术交流会论文集[C];2007年
10 陈茂峰;何光欣;陈德平;;添加物对纳米SiO_2粉末压制体传热行为的影响[A];2009全国保温材料技术交流会论文汇编[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李冀辉;以鳞片石墨为原料的多功能碳材料的制备与应用研究[D];河北大学;2009年
2 王桂芳;铝柱撑蒙脱石的制备、结构及其吸附性能研究[D];山东科技大学;2010年
3 陈平;烷基铵在蒙脱石层间的吸附及其对蒙脱石/烷基铵结构和凝胶性能的影响[D];山东科技大学;2010年
4 肖知国;煤层注水抑制瓦斯解吸效应实验研究与应用[D];河南理工大学;2010年
5 屈芳;粘土基多孔吸附/催化材料及其净化典型VOCs的性能[D];浙江大学;2010年
6 郑顺安;我国典型农田土壤中重金属的转化与迁移特征研究[D];浙江大学;2010年
7 许慎启;煤气化反应动力学及渣中残碳反应活性研究[D];华东理工大学;2011年
8 展秀丽;石油焦成浆特性及不同添加物对石油焦气化反应活性的影响研究[D];华东理工大学;2011年
9 赵芳;蛭石—水溶液体系中锌、镉离子吸附特性与离子吸附理论[D];中南林业科技大学;2007年
10 张峰;光催化氧化联合工艺处理不同污染物的研究[D];中国地质大学(北京);2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵丹;焦化工业场地有机污染土壤的化学氧化修复技术[D];华中农业大学;2010年
2 于宝种;阳泉无烟煤对N_2-CH_4二元气体的吸附—解吸特性研究[D];河南理工大学;2010年
3 伍修锟;呼吸性煤尘物理化学特性的研究及应用[D];山东科技大学;2010年
4 贾玉春;PVFM泡沫塑料对阳离子染料吸附性能的研究[D];郑州大学;2010年
5 呼冬雪;厌氧折流板—好氧反应器处理染废水中试试验研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 郭喜亮;褐煤对含染料废水的吸附与絮凝作用研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
7 周晓霞;微电解方法处理染料废水的研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
8 刘伟娜;自制改性TiO_2可见光降解亚甲基蓝的研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
9 樊丽霞;卤族元素掺杂纳米TiO_2的光催化性能研究[D];中国海洋大学;2010年
10 王通;表面活性剂/高分子聚合物改性膨润土的结构及吸附性能研究[D];湘潭大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 温东辉,张曦,吴为中,李文奇,唐孝炎;天然沸石对铵吸附能力的生物再生试验研究[J];北京大学学报(自然科学版);2003年04期
2 贺小勇;论WTO体制下资源保障措施的法律问题——以中欧焦炭贸易争端为分析视角[J];比较法研究;2004年05期
3 刘秀荣,吕晓猛,纪树兰,李玉兰,谭立扬;微生物降解直链十二烷基苯磺酸钠的研究[J];北京工业大学学报;1995年04期
4 纪树兰,吕晓猛,张增,刘秀荣,潭立扬;固定化细胞降解含表面活性剂废水的研究[J];北京工业大学学报;1995年04期
5 孙弘颜;汤洁;刘亚修;;长春市污水资源化现状及对策[J];吉林大学学报(地球科学版);2007年01期
6 聂熹;;两级SBR工艺除磷脱氮自动控制实验研究[J];吉林大学学报(地球科学版);2007年03期
7 曹明礼;;蒙脱石层间化合物的制备及应用前景[J];材料导报;2001年04期
8 王海东;汤育才;张海;李海亮;;TiO_2/层状矿物复合材料的研究进展[J];材料导报;2007年06期
9 张会平;叶李艺;杨立春;;氯化锌活化法制备木质活性炭研究[J];材料科学与工艺;2006年01期
10 王娴婷;;槟榔渣制备活性炭[J];材料科学与工程学报;2006年03期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张莹;张教强;杨满红;赵海;;纤维素基离子吸附材料的研究进展[J];材料开发与应用;2011年01期
2 杨利奎;陈亚妍;;水中痕量有机污染物的XAD树脂吸附浓缩法[J];国外医学.卫生学分册;1991年01期
3 邓琴琴;杨旭东;;室内多种吸附材料并存时吸附能力的等效简化[J];建筑科学;2011年08期
4 李洪美;王同华;张平;张建军;;活性炭纤维的功能化及其在印刷有机废气处理中的应用[J];炭素技术;2008年03期
5 孙海燕;;吸附法在处理重金属废水中的研究进展[J];科技信息;2009年14期
6 夏友谊,万军民;废水净化纤维的制备及对Cu~(2+)的吸附性能[J];纤维素科学与技术;2005年03期
7 刘振中;邓慧萍;詹健;;改性活性炭对2,4,6-三氯酚的吸附[J];土木建筑与环境工程;2009年06期
8 金盈;方臻;吴友吉;;偕胺肟合汞(Ⅱ)纤维对硫酸根离子吸附性能的研究[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2010年02期
9 高强立;李丽;谷中鸣;;水体中汞(Ⅱ)吸附材料研究进展[J];河南化工;2011年11期
10 于立竟;;粉煤灰的火法改性及其在废水处理中的应用[J];矿物岩石地球化学通报;2006年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 崔华鹏;花磊;侯可勇;李海洋;;搅拌棒萃取-中等气压飞行时间质谱技术检测水中有机污染物[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
2 高铁;钱朝勇;;TiO_2光催化氧化水中有机污染物进展[A];’2001全国工业用水与废水处理技术交流会论文集暨水处理技术汇编[C];2001年
3 陆朝阳;姜笔存;李爱民;;焦化生化尾水中有机污染物在活性炭上的吸附行为研究[A];持久性有机污染物论坛2011暨第六届持久性有机污染物全国学术研讨会论文集[C];2011年
4 王西奎;王晨;王金刚;国伟林;;涡流空化效应降解水中有机污染物的研究[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
5 周道;张俐娜;;纤维素/甲壳素共混粒料对Pb2+吸附机理研究[A];2005年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2005年
6 习海玲;乔江波;张建宏;陈文明;;MgO/SBA-15对芥子气模拟剂2-氯乙基乙基硫醚的吸附与降解[A];第14次全国分子筛学术年会论文集——微孔介孔材料科学及在新能源与节能、减排中的应用[C];2008年
7 郭志勇;董德明;花修艺;兰莹;梁大鹏;;水环境中多种固相物质对六六六和滴滴涕的吸附作用研究[A];第五届全国环境化学大会摘要集[C];2009年
8 王玲;程涛;孙淮;;胍盐离子液体粘度性质的预测[A];第十届全国计算(机)化学学术会议论文摘要集[C];2009年
9 焦勇;韩大雄;杨频;;金属离子离子影响Aβ多肽聚集机理的分子模拟[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(上册)[C];2006年
10 尤秀丽;叶农钦;陈秀琴;姚碧霞;王庆华;翁文;;分子模拟法在手性识别机理研究中的应用[A];中国化学会全国第十三届大环化学暨第五届超分子化学学术讨论会论文选集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 张文江;新型吸附材料研制成功可降低废水处理成本[N];中国高新技术产业导报;2007年
2 张文江刘福强 杜颖梅;新型吸附材料在江苏研制成功[N];江苏经济报;2007年
3 魏忠杰;新型油吸附材料[N];经济参考报;2004年
4 记者 高怀军;全国首家微量重金属吸附材料项目落户礼泉[N];咸阳日报;2010年
5 徐军;纳米级吸附材料高效回收泄漏石油[N];中国石化报;2005年
6 张文江刘福强;新型吸附材料从有机废水中淘宝[N];中国化工报;2007年
7 石克轩;石科院分子模拟研究掀新页[N];中国石化报;2000年
8 陶春祥;血液灌流吸附材料的应用[N];中国医药报;2004年
9 李学梅;新材料大“抽”二氧化碳,可滤汽车尾气[N];新华每日电讯;2008年
10 李文;凹凸棒黏土有望成新型吸附材料[N];农资导报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 于旭彪;蛭石基吸附材料的制备、改性及其对水中有机污染物的分离机理[D];华南理工大学;2011年
2 李晓丽;聚合物基新型复合吸附材料的制备及对水体中重金属污染物的吸附性能研究[D];兰州大学;2013年
3 金新亮;新型两亲性吸附材料的设计、合成及性能研究[D];兰州大学;2011年
4 王水利;瓦斯组分吸附浓缩的实验与模拟研究[D];西安科技大学;2010年
5 马非;重金属离子吸附材料的制备及性能研究[D];太原理工大学;2012年
6 李效红;β-环糊精改性沸石吸附水中有机污染物和重金属的研究[D];兰州交通大学;2012年
7 许青;金属—有机骨架材料中气体吸附分离及材料改性设计的分子模拟研究[D];北京化工大学;2010年
8 曹威;改性稻草去除水中SO_4~(2-)和Cr(Ⅵ)的特性和机理研究[D];华南理工大学;2012年
9 朱健;应用硅藻土处理含重金属离子废水相关理论基础及关键技术研究[D];中南林业科技大学;2013年
10 王蕾;辉光放电等离子体降解水中有机污染物与还原六价铬的研究[D];浙江大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 邹斐飞;磁性印迹吸附材料选择性去除水中氯酚污染物[D];大连理工大学;2010年
2 张丹妮;抗体选择性吸附材料的合成及性能评价[D];大连理工大学;2008年
3 张丽娜;新型功能化吸附材料的制备及其对痕量金属离子吸附性能的研究[D];兰州大学;2010年
4 刘平;含氟废水的吸附处理研究[D];广西大学;2005年
5 张歌珊;硅藻土对有机染料的吸附作用研究[D];吉林大学;2009年
6 王琪慧;新型吸附材料的合成及其对痕量元素的吸附性能[D];兰州大学;2011年
7 路静;PCM复合絮凝剂的研制及其对军港舰船油污水处理工艺的研究[D];湖南大学;2005年
8 胡文涛;二氧化钛基的吸附材料合成及除砷性能研究[D];南昌航空大学;2012年
9 刘锋;魔芋葡甘露聚糖疏水改性及吸附材料制备应用基础研究[D];西南科技大学;2010年
10 胡彩霞;一种新型纳米硬硅钙石材料处理焦化废水试验研究[D];内蒙古科技大学;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026