粘土及其改性颗粒吸附直接染料的分形分析

论文摘要

染料废水是现今工业废水中处理的难点,吸附法是处理这类废水的主要方法之一,粘土颗粒由于其独特的片层结构而具有良好的吸附性能。本文研究了蒙脱土、伊利土、改性蒙脱土050823和MMT35四种粘土颗粒对直接耐晒黑G、直接大红4BE、直接深蓝L以及直接冻黄G染料的吸附特征,测定了其吸附动力学曲线及等温线,并通过对吸附前后粘土颗粒性质的表征,研究了粘土颗粒吸附染料前后物化性质的变化以及孔表面分形维数的变化。粘土颗粒吸附染料的过程可分为快速的边缘覆盖和较慢的晶层吸附两个过程,整个吸附过程符合准-二级动力学方程式。除蒙脱土-耐晒黑、蒙脱土-深蓝、伊利土-深蓝、MMT35-草黄和蒙脱土-草黄这五个吸附体系外,粘土颗粒吸附染料的晶层吸附阶段具有类分形动力学特征。由于不同原始浓度下大红染料发生的边缘覆盖和晶层吸附两个过程的程度不同,粘土颗粒吸附大红的等温线存在波动。除蒙脱土吸附草黄体系外,其余吸附体系的等温线均符合Langmuir型,并且除蒙脱土-大红、MMT35-大红、050823-大红以及蒙脱土-草黄外,其余体系的等温线均能根据分形Langmuir模型得到较好的模拟,计算出单个染料分子占据粘土颗粒表面的活性位点数量n。吸附染料后的粘土颗粒表面变得光滑,结构疏松,并且官能团有所增加,晶体层间距略有增大,结构向无定形变化。除蒙脱土-深蓝、伊利土-深蓝、MMT35-草黄外,其余粘土颗粒吸附染料后对N2的吸附量比原土均降低了,其中以吸附染料后的050823对N2的吸附量下降幅度最大。MMT35吸附原始浓度为100mg·L-1大红染料和原始浓度为300mg·L-1草黄染料后,表面平均孔径比吸附前有所增加,其它吸附染料后的粘土颗粒其表面平均孔径均比吸附前减小。除蒙脱土吸附深蓝、草黄外,其余粘土颗粒物吸附染料后,基于分形FHH吸附方程计算出的粘土颗粒表面分形维数DS均升高了,染料对晶层的膨胀和开孔作用抵消了“表面粗糙度屏蔽”、“孔阻塞效应”机理降低表面分形维数的影响,增加了表面粗糙度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 问题的提出
• 1.2 研究目的、内容及意义
• 1.3 技术路线
• 2 文献综述
• 2.1 粘土颗粒物吸附技术的研究现状
• 2.1.1 粘土颗粒物的结构与性质
• 2.1.2 粘土颗粒物的改性方法
• 2.1.3 粘土颗粒物吸附技术在水处理中的应用
• 2.2 直接染料及其废水处理的研究现状
• 2.2.1 染料的概述
• 2.2.2 吸附法在染料废水处理中的应用
• 2.3 分形理论
• 2.3.1 分形理论概述
• 2.3.2 分形吸附模型
• 2.3.3 分形吸附理论的应用
• 3 实验材料与方法
• 3.1 实验材料
• 3.1.1 实验药品
• 3.1.2 实验仪器
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 吸附试验方法
• 3.2.2 吸附染料前后粘土颗粒性质的测定
• 3.3 模拟与计算方法
• 3.3.1 粘土颗粒吸附染料的动力学模拟
• 3.3.2 粘土颗粒吸附染料的等温线模型
• 2 吸附吸附脱附法确定颗粒物孔表面分形维数Ds'>3.3.3 N₂吸附吸附脱附法确定颗粒物孔表面分形维数Ds
• 4 研究结果与讨论
• 4.1 粘土颗粒与染料的性质表征
• 4.1.1 粘土颗粒的粒度
• 4.1.2 粘土颗粒的微观形貌
• 4.1.3 粘土颗粒的比表面及孔隙
• 4.1.4 粘土颗粒及染料的红外图谱
• 4.2 粘土颗粒吸附染料的动力学研究
• 4.2.1 四种染料的标准曲线
• 4.2.2 粘土颗粒吸附直接染料的动力学
• 4.3 粘土颗粒吸附染料的等温线研究
• 4.3.1 粘土颗粒对直接染料的吸附等温线
• 4.3.2 粘土颗粒对直接染料的吸附等温线模型
• 4.3.3 粘土颗粒吸附直接染料的等温线分形模型
• 4.4 粘土颗粒吸附直接染料的类分形动力学研究
• 4.5 吸附前后颗粒物理化性质的对比
• 4.5.1 吸附前后颗粒物微观形貌的变化
• 4.5.2 吸附前后颗粒物红外图谱对比
• 4.5.3 吸附前后颗粒物x-衍射图谱对比
• 4.6 吸附前后颗粒物表面孔隙的变化
• 4.6.1 吸附前后颗粒物比表面与孔隙分布的变化
• 4.6.2 吸附前后粘土颗粒物表面分形特征的变化
• 5 结论
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 致谢