纤蛇纹石表面改性及对铜离子吸附性能的研究

论文摘要

纤蛇纹石是三八面体层状结构硅酸盐矿物,因具有较大的比表面积和大量的羟基与不饱和键,而拥有较好的吸附性能和改性基础。目前,已有利用蛇纹石族类矿物处理含铜废水的报道,但研究内容多局限于单一试验因素对吸附效果的影响,且研究结果缺乏理论性和系统性。本文以纤蛇纹石为对象,系统研究了改性前后纤蛇纹石对铜离子吸附行为及其机制。研究结果可为纤蛇纹石及类似硅酸盐矿物在金属阳离子废水处理中的应用提供理论依据。论文所取得的主要研究结果及创新如下：（1）在水相体系下,实现了硅烷偶联剂γ-APS对纤蛇纹石的表面改性。测试分析结果表明,偶联剂成功接枝于纤蛇纹石表面。（2）影响纤蛇纹石吸附Cu2+的主要因素有温度、pH值和初始浓度,改性后纤蛇纹石对Cu2+的吸附能力有较明显提高,吸附量增加0.235mmol/g,去除率提高33%。（3）改性前后纤蛇纹石对Cu2+的吸附符合准二级动力学吸附模型。纤蛇纹石改性可以提高吸附平均反应速率与初始反应速率。阐述了温度、pH值、初始浓度等主要因素对改性前后纤蛇纹石吸附动力学的影响途径。（4）改性前Cu2+与纤蛇纹石外羟基中的氢质子发生离子交换而被吸附,交换作用力主要是偶极作用力和氢键力。改性后吸附机理除离子交换之外,Cu2+还与表面改性剂中的氨基形成配合物而被吸附。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 水污染现状及国内外对重金属铜的处理工艺现状
• 1.2 天然吸附材料在重金属废水处理中的运用
• 1.2.1 硅酸盐矿物材料在废水处理中的应用
• 1.2.2 碳酸盐类矿物材料在废水处理中的应用
• 1.2.3 磷酸盐类矿物材料在废水处理中的应用
• 1.3 纤蛇纹石性质及改性
• 1.3.1 纤蛇纹石的矿物学性质
• 1.3.2 纤蛇纹石的表面改性研究现状
• 1.4 吸附基本理论
• 1.4.1 吸附及吸附类型
• 1.4.2 吸附平衡及吸附理论
• 1.4.3 吸附等温线及吸附等温公式
• 1.4.4 吸附动力学及吸附热力学
• 1.5 本论文研究的意义、内容及课题来源
• 第二章 实验原料、试剂与研究方法
• 2.1 原料
• 2.2 药剂和仪器
• 2.3 研究方案
• 第三章 纤蛇纹石在水体系中的改性研究
• 3.1 引言
• 3.2 纤蛇纹石改性及表征方法
• 3.2.1 纤蛇纹石改性试验
• 3.2.2 红外光谱测定
• 3.2.3 扫描电镜分析
• 3.3 纤蛇纹石改性结果与讨论
• 3.3.1 硅烷偶联剂γ—APS用量试验
• 3.3.2 反应温度对改性效果的影响
• 3.3.3 水解酸碱促进剂对改性效果的影响
• 3.3.4 偶联剂水解时间对改性效果的影响
• 3.3.5 反应时间对改性效果的影响
• 3.3.6 改性纤蛇纹石的FTIR分析
• 3.3.7 改性纤蛇纹石的SEM分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 纤蛇纹石对铜离子吸附性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 反应时间对纤蛇纹石吸附性能的影响
• 4.3.2 反应温度对纤蛇纹石吸附性能的影响
• 4.3.3 pH值对纤蛇纹石吸附性能的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 纤蛇纹石对铜离子吸附机理研究
• 5.1 引言
• 5.2 试验方法
• 5.3 计算方法
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 温度对纤蛇纹石吸附动力学的影响
• 5.4.2 含铜溶液pH值对纤蛇纹石吸附动力学的影响
• 5.4.3 初始溶液浓度对吸附动力学的影响
• 5.4.4 吸附等温线研究
• 5.4.5 吸附热力学研究
• 5.5 本章小结
• 第六章 改性纤蛇纹石吸附性能研究
• 6.1 引言
• 6.2 试验方法
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 反应时间对改性纤蛇纹石吸附性能的影响
• 6.3.2 溶液温度对改性纤蛇纹石吸附性能的影响
• 6.3.3 pH值对改性纤蛇纹石吸附性能的影响
• 6.3.4 改性纤蛇纹石吸附产物的SEM分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 改性纤蛇纹石对铜离子吸附机理研究
• 7.1 引言
• 7.2 试验方法
• 7.3 结果与讨论
• 7.3.1 温度对改性纤蛇纹石吸附铜离子的动力学影响
• 7.3.2 初始pH值对改性纤蛇纹石吸附动力学的影响
• 7.3.3 初始浓度对改性纤蛇纹石吸附动力学的影响
• 7.4 本章小结
• 第八章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果