超顺磁性粘土材料吸附分离有机污染物的性能研究

论文摘要

天然蒙脱石为层状硅酸盐矿物,具有吸附、插层和离子交换等特性,其层间域是良好的化学反应场所。通过无机或有机改性不仅可以增大蒙脱石的比表面积,而且可以改变蒙脱石片层表面的亲水-疏水性能,由此可以设计制备高性能的吸附材料。尽管改性粘土材料作为吸附剂在处理废水污染物方面已经得到一定的应用,但如何实现材料的高效分离和循环使用,避免产生二次污染的难题仍然存在。因此,发展集吸附-催化-磁性于一体的多功能粘土材料,是一个重要的研究方向。本研究以FeCl3·6H2O制备无机柱撑液,选用高分子聚合物（D2000）或低分子量表面活性剂（CTAB）为模板剂调控铁柱撑的蒙脱石。通过控制合成温度,制得无机-有机复合改性蒙脱石材料。经过醋酸蒸气熏蒸及煅烧处理,醋酸铁热解形成磁性γ-Fe2O3粒子,表面活性剂形成的胶团协同羟基水合铁实现了磁性颗粒在粘土表面的固定化,提高了负载量,增强了磁性粘土的磁饱和强度。X射线衍射（XRD）、红外光谱（FT-IR）、振动样品磁强计（VSM）等分析结果表明,无机柱撑剂和有机柱撑剂均不同程度地进入蒙脱石层间,使层间距增大,磁性粘土片层中间的广阔空间依然可以通过其他方法改性,继续构建更多不同功能的粘土材料。本研究制备的复合改性蒙脱石具有超顺磁特性,既有助于粘土材料在反应体系中的分散,又有助于材料的分离及回收再利用。磁性粘土对2,4-二氯酚溶液具有一定去除能力,用十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）重新修饰磁性粘土,对2,4-二氯酚溶液的去除率显著提高,并且制得的磁性粘土材料均能用外加磁场强化快速分离。本研究通过有机物调控铁柱撑的蒙脱石制备得到磁性粘土材料,实现了纳米磁性粒子在蒙脱石片层表面的固定化以及吸附与外场强化磁分离的耦合,为如何解决纳米磁性粒子的团聚以及吸附剂、催化剂难于分离回收和产生二次污染等问题提供良好的借鉴作用,以期在环境、化工等领域得到广泛应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 蒙脱石的结构和特性
• 1.2.1 蒙脱石简介
• 1.2.2 蒙脱石的微观结构
• 1.2.3 蒙脱石的基本特性
• 1.3 改性粘土矿物的研究进展
• 1.3.1 柱化剂的研究
• 1.3.2 无机柱撑粘土的机理研究
• 1.3.3 有机柱撑粘土的机理研究
• 1.3.4 无机-有机复合柱撑粘土的机理研究
• 1.4 磁性粘土的研究进展
• 1.5 立题背景和研究方案
• 第二章 超顺磁性粘土的制备
• 2.1 引言
• 2.2 实验
• 2.2.1 实验原料与器材
• 2.2.2 分析仪器
• 2.2.3 蒙脱石原土的水化处理
• 2.2.4 柱撑剂的合成
• 2.2.5 柱撑蒙脱石的制备
• 2.3 红外（FT-IR）光谱分析
• 2.4 小结
• 第三章 超顺磁性粘土的结构表征和调控机理
• 3.1 引言
• 3.2 有机物调控铁柱撑蒙脱石的结构表征
• 3.2.1 分析仪器
• 3.2.2 X射线粉末衍射（XRD）分析
• 3.2.3 差热分析（DTA）
• 3.2.4 扫描电镜（SEM）分析
• 3.2.5 透射电镜（TEM）分析
• 3.2.6 比表面积和孔结构分析
• 3.2.7 磁性能分析
• 3.3 磁性粘土的形成机理及有机物的调控机理
• 3.3.1 磁性相形成机理
• 3.3.2 有机物调控铁柱撑蒙脱石的机理
• 3.4 小结
• 第四章 超顺磁性粘土的吸附性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验
• 4.2.1 实验原料及器材
• 4.2.2 分析仪器
• 4.2.3 2,4-二氯酚溶液标准曲线的测定
• 4.2.4 磁性粘土对2,4-二氯酚的吸附
• 4.3 有机物调控磁性粘土的吸附性能
• 4.4 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 导师与作者简介
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书