硅藻土复合吸附剂制备及对重金属离子吸附性能

【摘要】：硅藻土(Diatomaceous Earth)主要由古代硅藻的遗骸沉积而成,继承了硅藻的多孔性、多级孔径分布等特点,化学稳定性好、比表面积大、吸附性能强。随着研究热度的增加,人们逐渐认识到硅藻土的潜在价值并致力将硅藻土应用到改善逐渐恶化的生态环境方面例如治理重金属污染问题。但目前我国丰富的硅藻土资源的应用还处在初级阶段,资源利用附加值较低。因此,开发硅藻土在环保方面的应用不仅可以提高硅藻土的利用价值,对于保护地球、净化人类生存环境等也具有重大意义。本论文分析了不同矿区硅藻土的特点,进行初期的改性处理,根据所应用领域选取杂质少、品级高的土样作为基本原料,开发用于解决环境污染的复合材料。提出了一种两步化学法用二氧化锰对硅藻土进行表面改性,以硅藻土(以下简称DE)、葡萄糖、高锰酸钾等为原料,制成复合吸附剂MnO2@DE。采用X射线衍射法、扫描电子显微镜法、透射电子显微镜法以及红外光谱法等对硅藻土原土以及制备的复合材料进行了分析表征。静态吸附实验中,采用等离子体发射光谱仪测试铅离子浓度。实验证明MnO2@DE可有效去除水体中的Pb(Ⅱ),讨论了不同吸附条件对吸附效果的影响。获得如下研究结果：1.不同矿区的硅藻土形貌、化学组成大为不同,相应的比表面积和孔径分布也有很大差异。硅藻土杂质含量越多颜色越深,煅烧、酸浸等改性对其比表面积、孔径分布及吸放湿能力影响越大。2.利用两步化学法在硅藻土上生长Mn02纳米粒子,成功制备了复合吸附剂MnO2@DE,且Mn02在硅藻土表面及孔道内均匀分布。改变反应中的葡萄糖浓度可调节MnO2的负载量。3.制备的复合材料MnO2@DE对二价Pb离子具有强烈的吸附效果,与硅藻土原土比较,对Pb(Ⅱ)的最大吸附量可以提高6倍多。改变不同静态吸附实验条件,讨论了影响吸附效果的实验因素,包括反应时间,吸附剂投放量,Mn02的负载率,初始Pb(Ⅱ)浓度以及溶液中初始pH值等。pH值对吸附反应的影响显著,据此提出并证明了MnO2@DE对Pb(Ⅱ)的吸附反应机制为铅离子和氢离子的离子交换。复合吸附剂MnO2@DE在吸附Pb(ⅡⅡ)时具有一定的抗干扰能力。4.搭建了动态吸附实验平台,进行了硅藻土原土及复合吸附剂MnO2@DE对Pb(Ⅱ)的动态吸附实验。通过模拟实际生产过程中的工业水处理过程,为实现将该实验平台设计进行实际应用奠定了实验室基础。