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聚合羟基阳离子柱撑蒙脱石的制备及吸附性能研究

2020-11-29阅读(980)

聚合羟基阳离子柱撑蒙脱石的制备及吸附性能研究

论文摘要

蒙脱土是以蒙脱石（Montmorillonite）为主要成分的一类层状硅酸盐粘土矿物。蒙脱石插层化合物是一种由聚合羟基无机阳离子、有机离子、有机小分子或者有机聚合物插入蒙脱石层间而形成的二维微孔材料。它具有大的比表面积、高的表面活性、大的孔径、良好的吸附性能、较高的热稳定性等特征,在环境治理、催化及其它领域显示出广阔的应用潜力。本论文制备了二元Fe-Zn复合金属阳离子柱撑蒙脱石、三元Fe-Zn-Al复合金属阳离子柱撑蒙脱石,研究了它们对废水中铜离子的吸附性能,并初步探讨了蒙脱石插层化合物的再次利用的性能。通过对蒙脱石进行钠化改型,并测试蒙脱石及钠化改型蒙脱石（Na-MMT）的阳离子交换容量（CEC）、吸蓝量、胶质价、膨胀倍等物化性能,结果表明改型后的蒙脱石的物化性能均比改型前有较大的提高。以钠化改型蒙脱石为基质,采用超声波法制备二元复合铁锌插层蒙脱石（Fe-Zn-MMT）。在实验中改变制备插层剂的温度、n(Zn2+):n(Fe3+)值、r值[r=n（OH）:n(Fe3+)]、n(Fe3+):Na-MMT的值等制备出一系列的Fe-Zn-MMT。通过对Fe-Zn-MMT的层间距变化的分析,确定制备Fe-Zn-MMT的最佳工艺条件为:插层剂的制备温度为40℃,r为2.4,老化时间为96h,n(Zn2+):n(Fe3+)为0.10,n(Fe3+):Na-MMT为10mmol/g,插层温度为80℃。在最佳工艺条件下制备得到的Fe-Zn-MMT层间距较大,Fe-Zn-MMT在400℃时焙烧3h得到二元Fe-Zn复合金属阳离子柱撑蒙脱石。以钠化改型蒙脱石为基质,采用超声波法制备三元复合铁锌铝插层蒙脱石（Fe-Zn-Al-MMT）。在制备Fe-Zn-Al-MMT的实验中改变插层剂制备温度、n(Fe3++Zn2+):n(Al3+)值、r值[r=n（OH-）:n(Al3+)]、n(Al3+):Na-MMT的值等制备出一系列的Fe-Zn-Al-MMT。通过对Fe-Zn-Al-MMT的层间距变化的分析,确定制备Fe-Zn-Al-MMT的最佳工艺条件和工艺参数为:插层剂的制备温度为40℃,老化时间为96h,n(Fe3++Zn2+):n(Al3+)为0.10,r值为2.6,n(Al3+):Na-MMT为10mmol/g,插层温度为80℃,在最佳工艺条件下制备得到的Fe-Zn-Al-MMT层间距较大,Fe-Zn-Al-MMT在450℃时焙烧3h得到三元Fe-Zn-Al复合金属阳离子柱撑蒙脱石。采用XRD、FTIR、TG-DSC、SEM和TEM等检测手段对产物Fe-Zn-MMT和Fe-Zn-Al-MMT进行表征测试,结果表明,Fe-Zn-MMT,Fe-Zn-Al-MMT的层间距均比Na-MMT有所提高,分别达到1.54nm和1.65nm,说明复合Fe-Zn聚合阳离子、复合Fe-Zn-Al聚合阳离子和Al13聚合阳离子成功的插入到蒙脱石层间。本论文分析讨论了蒙脱石插层化合物处理废水中铜离子的吸附能力,初步研究了蒙脱石插层化合物吸附铜离子后,再次利用对废水中铜离子进行吸附的实验。吸附实验表明:Fe-Zn-MMT和Fe-Zn-Al-MMT对铜离子的吸附能力较高;在25℃、振荡时间为30 min、吸附剂用量为0.5g的条件下,Fe-Zn-MMT和Fe-Zn-Al-MMT吸附铜离子的效果最好;蒙脱石插层化合物吸附铜离子后,再次利用对废水中铜离子进行吸附,通过与未吸附铜离子的蒙脱石插层化合物的对比可知蒙脱石插层化合物用于吸附剂可以再次利用,有较高的工业应用价值。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  • 1.1 蒙脱石的晶格特性及分类
  • 1.1.1 蒙脱石的矿物晶体结构
  • 1.1.2 蒙脱石的基本性质
  • 1.2 柱撑蒙脱石
  • 1.2.1 有机柱撑蒙脱石
  • 1.2.2 无机柱撑蒙脱石
  • 1.2.3 复合柱撑蒙脱石
  • 1.3 柱撑蒙脱石的应用
  • 1.3.1 催化剂及催化剂载体
  • 1.3.2 环保材料
  • 1.3.3 纳米级复合材料
  • 1.4 国内外研究进展
  • 1.5 研究意义及主要内容
  • 1.5.1 研究意义
  • 1.5.2 研究主要内容
  • 第2章 实验部分
  • 2.1 试剂与仪器设备
  • 2.2 实验方法
  • 2.2.1 蒙脱石的钠化改型及物理性能的测试方法
  • 2.2.2 Fe-Zn柱撑蒙脱石的制备方法
  • 2.2.3 Fe-Zn-Al柱撑蒙脱石的制备方法
  • 2+溶液的吸附实验'>2.2.4 对含Cu2+溶液的吸附实验
  • 2.3 本章小结
  • 第3章 Fe-Zn柱撑蒙脱石的制备与表征
  • 3.1 Fe-Zn柱撑蒙脱石的最佳制备工艺
  • 3.1.1 最佳柱化剂制备温度的确定
  • 3.1.2 最佳的r值的确定
  • 2+):n(Fe3+)比值的确定'>3.1.3 最佳n(Zn2+):n(Fe3+)比值的确定
  • 3+)与Na-MMT比值的确定'>3.1.4 最佳n(Fe3+)与Na-MMT比值的确定
  • 3.1.5 最佳焙烧温度的确定
  • 3.2 Fe-Zn柱撑蒙脱石的表征
  • 3.2.1 Fe-Zn-MMT的X射线衍射分析（XRD）
  • 3.2.2 Fe-Zn-MMT的FTIR分析与讨论
  • 3.2.3 Fe-Zn-MMT的热稳定性分析与讨论
  • 3.2.4 Fe-Zn-MMT的SEM形貌分析
  • 3.2.5 Fe-Zn-MMT的TEM分析
  • 3.3 本章小结
  • 第4章 Fe-Zn-Al柱撑蒙脱石的制备与表征
  • 4.1 Fe-Zn-Al-MMT的最佳制备工艺
  • 4.1.1 最佳柱化剂制备温度的确定
  • 4.1.2 最佳的r值的确定
  • 3++Zn2+):n(Al3+)比值的确定'>4.1.3 最佳n(Fe3++Zn2+):n(Al3+)比值的确定
  • 3+)与Na-MMT比值的确定'>4.1.4 最佳n(Al3+)与Na-MMT比值的确定
  • 4.1.5 最佳焙烧温度的确定
  • 4.2 Fe-Zn-Al-MMT的表征
  • 4.2.1 Fe-Zn-Al-MMT的XRD图谱分析
  • 4.2.2 Fe-Zn-Al-MMT的FTIR分析与讨论
  • 4.2.3 Fe-Zn-Al-MMT的热稳定性分析与讨论
  • 4.2.4 Fe-Zn-Al-MMT的SEM分析与讨论
  • 4.2.5 Fe-Zn-Al-MMT的TEM分析与讨论
  • 4.3 本章小结
  • 2+吸附性能研究'>第5章 蒙脱石插层化合物对Cu2+吸附性能研究
  • 2+的吸附'>5.1 蒙脱石插层化合物对水溶液中Cu2+的吸附
  • 2+离子吸附率的影响'>5.1.1 蒙脱石用量对Cu2+离子吸附率的影响
  • 5.1.2 振荡时间对铜离子吸附率的影响
  • 5.1.3 不同pH值对吸附效果的影响
  • 5.2 对蒙脱石插层化合物的再次利用初探
  • 5.2.1 蒙脱石插层化合物的再次利用过程
  • 5.2.2 蒙脱石插层化合物吸附后再次对废水中铜离子的吸附
  • 5.3 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
  • 致谢

    • 相关论文文献

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