水滑石的控制合成、改性及其吸附性能研究

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随着社会和经济的快速发展、人口的急剧膨胀,印染、纺织、皮革、造纸和其他化学工业的快速发展,水污染问题日益严重,大量含有有机染料的废水被排放,印染废水色度比较大、化学需氧量高、有机污染物含量高、碱性大、水质复杂。吸附法是一种简单有效并且低消耗的印染废水处理方法,寻找一种能够有效吸附印染废水并且简单可靠、成本低廉、反应迅速、易于回收的吸附剂具有重要的意义。本文采用共沉淀法制备了锌镁铝水滑石,并采用介质阻挡放电低温等离子体、可溶性淀粉掺杂和插层聚丙烯酰胺三种改性方法对制备的水滑石进行改性,以提高水滑石对印染废水的吸附性能。通过XRD、BET、SEM、EDS及FT-IR对改性后的水滑石进行表征,分析不同改性方法,不同改性条件对水滑石结构和吸附性能的改变。对水滑石吸附甲基橙的吸附动力学和吸附等温线进行研究,分析水滑石对甲基橙的吸附过程。最后,探究了改性后水滑石的可重复利用性。采用介质阻挡放电低温等离子体改性水滑石可以显著提高水滑石的吸附性能。经过等离子体改性后水滑石颗粒的平均尺寸更小,晶粒的分散性更好,水滑石结晶度更高。等离子体改性30min后在450℃下焙烧5h的水滑石样品的吸附效率最高。水滑石样品吸附甲基橙的实验结果符合准二级吸附动力学模型。吸附等温线拟合结果表明,等离子体改性水滑石吸附甲基橙的吸附等温线实验数据可以用Langmuir方程较好的拟合,饱和吸附容量可达1327mg/g。经过5次再生处理后,水滑石样品对甲基橙仍然具有很好的吸附性能,说明等离子体改性水滑石具有较好的可重复利用性。采用共沉淀法制备了可溶性淀粉掺杂的锌镁铝水滑石来提高水滑石的吸附性能。经过可溶性淀粉掺杂后的水滑石的结晶度更高,比表面积增大,孔容和孔数量增加。可溶性淀粉掺杂的水滑石样品焙烧后的吸附性能较未掺杂可溶性淀粉得到了提高,并且在可溶性淀粉与铝离子的摩尔比为1:16(即0.01mol,1.7115g)时可溶性淀粉掺杂水滑石对甲基橙的吸附效果最好。可溶性淀粉掺杂水滑石吸附甲基橙的吸附动力学实验结果符合准二级吸附动力学模型,吸附等温线实验结果可以较好的拟合为Langmuir方程。可溶性淀粉掺杂的锌镁铝水滑石的饱和吸附量达到了1555mg/g。采用共沉淀法、焙烧还原法、离子交换法三种不同方法分别制备了阴离子聚丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺、非离子聚丙烯酰胺三种絮凝剂插层的锌镁铝水滑石。由实验结果可知,共沉淀法制备的聚丙烯酰胺与铝质量比为1:100(即0.01g)的阳离子聚丙烯酰胺插层的锌镁铝水滑石吸附甲基橙的效果最好。水滑石样品吸附甲基橙的吸附动力学实验结果说明,插层聚丙烯酰胺的水滑石样品对甲基橙的吸附过程符合准二级吸附动力学模型,吸附等温线可以用Langmuir方程进行较好的拟合,饱和吸附量达到了1251mg/g,证明聚丙烯酰胺插层的水滑石具有较好的吸附性能。介质阻挡放电等离子体、可溶性淀粉掺杂和插层絮凝剂三种改性方法均可使水滑石对甲基橙的吸附性能得到有效提高,通过改变改性条件,实现了对甲基橙具有高吸附性能的锌镁铝水滑石的控制合成。在这三种不同的改性方法当中,介质阻挡放电等离子具有简单快捷,不污染环境的优势;可溶性淀粉掺杂的改性方法制得的水滑石对甲基橙的吸附性能最好;聚丙烯酰胺插层的水滑石在实际的染料废水的应用方面有一定潜力。
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