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改性膨润土吸附剂的制备及其在废水处理中的应用

聂锦旭  
【摘要】:膨润土(Bentonite)是以蒙脱石(Montmorillonite)为主要成分的一类层硅酸盐粘土矿物。膨润土经简单金属离子、有机季胺盐、羟基金属等改性后,其层间距、比表面积、吸附性能、表面酸性和耐热性能等性质得到改善,在环境治理、催化及其它领域中的应用得到了广泛关注。本论文针对羟基金属改性膨润土在环境治理等方面研究和报道较少的问题,着重研究了具有较大层间距的Al-、Fe-Al-、Al酸化等改性膨润土的合成,并研究了它们在有苯酚废水处理中的应用。 天然膨润土的纯度并不高,蒙脱石含量一般只在50%-80%之间,甚至更低,而在膨润土的改性和深加工时,要求蒙脱石的含量达到90%以上,因此膨润土的提纯显得尤为重要。在膨润土的提纯、钠化的研究中,通过比较不同的提纯、钠化方法,选择了最佳处理条件:(1)膨润土提纯的条件为:加入分散剂进行提纯;分散剂的浓度为0.15%;溶液的pH值为7.0。(2)膨润土的钠化条件为:NaCl浓度为1.0mol/L.,pH值为5.0-6.0。本实验还测试了膨润土的胶质价、膨胀倍数、吸蓝量等物理性质,并对提纯、钠化膨润土进行了XRD、F-XRD分析。数据表明:提纯后的膨润土纯度从40%左右提高到90%以上,Na-膨润土的层间距从原来的15.28(?)降低到12.73(?)。 在膨润土的改性研究中,最常见的是有机离子和简单金属离子改性,本论文选择羟基金属改性膨润土为研究重点,着重研究了羟基铝类改性膨润土。通过对前人的制备方法加以改进,合成了Al-改性膨润土、Fe-Al-改性膨润土和Al-酸化膨润土。深入研究铝改性膨润土的制备及其影响因素是十分重要的。采用AlCl_3在NaOH溶液中水解的方法制备了改性膨润土,并利用XRD、XRF、FT-IR、SEM、N_2吸附-脱附等手段对制得的样品进行了表征,系统讨论了各实验因素的影响。实验结果表明:AlCl_3溶液浓度、NaOH溶液浓度、改性剂中[Al]浓度对Al-改性膨润土的层间距、热稳定性影响不大;当OH/Al比或铝土比较大时,其层间距增大,热稳定性更好;但铝土比或OH/Al比过大反而使Al-改性膨润土的比表面积减小;铝改性剂在高温老化44hr后所得Al-改性剂的层间距及热稳定性较好,而且有利于其比表面积、孔体积的增大;Al-改性膨润土的层间距、比表面积、孔结构等与膨润土悬浮液浓度及膨润土溶液和铝改性剂的滴加方向无关。 在此基础上,笔者对Al-改性膨润土进行了掺杂和改性的研究。实验结果表明:在Al-改性膨润土中引入Fe离子,不同Fe/Al比制得的Fe-Al-改性膨润土因层间的Fe-Al聚合离子结构不同而影响其微孔结构,但羟基Al离子的存在有利于Fe离子进入膨润土层间;经酸化处理得Al-acid-改性膨润土,其比表面积增大以外表面积为主,孔体积增大以中孔为主,这也证实了改性膨润土的微孔结构取决于其层间的改性剂。


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