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硅藻土的硅烷化改性及其对铜离子吸附性能的研究

作　者: 刘康康
导　师: 袁爱华；袁鹏
学　校: 江苏科技大学
专　业: 应用化学
关键词: 硅藻土热处理硅烷化表面羟基吸附 Cu2+
分类号: O647.32
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

硅藻土是一种生物成因的无机非金属矿物材料。其表面存在独特大孔结构,因此被广泛应用于制备助滤剂、吸附剂和载体的材料。然而,对于尺寸较小的重金属离子等环境污染物,则难以通过硅藻土滤饼层的“筛分”作用将其滤除,加之硅藻表面羟基多为水分子“屏蔽”,因此,硅藻土在重金属离子的吸附方面并不具备显著优势。通常需要通过改性处理以提高其重金属离子吸附能力。本研究尝试通过有机硅烷嫁接的方式对硅藻土表面进行改性,以期制备出具有高铜离子吸附能力的硅材料。并且探讨了不同温度热处理硅藻土的硅烷化嫁接改性效果及其对铜离子的吸附能力,系统的研究了不同温度热处理对硅藻土硅烷化嫁接改性效果的影响,探明了硅藻土硅烷化嫁接所需的最佳预处理温度。本论文研究工作的主要成果和具体结论如下:（1）探讨了热处理对硅藻土结构和表面性质的影响当热处理温度≤1100 oC时,硅藻质蛋白石的矿物结构不会发生转化。硅藻土经800 oC煅烧后,孔结构开始遭到破坏;硅藻土表面吸附含有大量表面吸附水,经600 oC处理后,物理吸附水基本脱出;经700 oC热处理后,氢键结合水脱出。硅藻质蛋白石的脱羟温度≥700 oC,硅藻土（Dt）表面吸附水和羟基密度分别为4.31 mmol/g和0.82 mmol/g。（2）研究了适合硅藻土硅烷化改性的预处理温度APTES改性后,硅藻土的晶相结构并未发生变化,APTES仅在硅藻壳体表面发生了缩合反应;硅藻土预处理温度对硅烷化嫁接率具有重要的影响。因此800 oC是较为理想的预处理温度。（3）对硅烷化改性硅藻土的Cu²⁺吸附能力进行了评估改性后硅藻土的Cu²⁺吸附能力较高,其饱和吸附量为改性前的16.8倍。改性硅藻土对Cu²⁺吸附为化学吸附过程,经120 min后即可达到平衡。pH为4⁷时,改性硅藻土对Cu²⁺的吸附效果最好。本论文研究工作可为硅藻土在重金属污染物处理、贵金属回收等领域中研究的深入与应用的拓展提供理论与实验依据。另外,还将有助于提高我国硅藻土资源利用水平。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-13
第1章绪论  13-28
  1.1 硅藻土简介  14-19
    1.1.1 硅藻土形貌  15-16
    1.1.2 我国硅藻土矿床分布及品位  16-17
    1.1.3 硅藻土应用  17-19
  1.2 硅藻土表面性质及结构特征  19-21
    1.2.1 硅藻土化学组成及矿物学特性  19
    1.2.2 对煅烧硅藻土表面性质的研究  19-21
    1.2.3 硅藻土的表面性质  21
  1.3 硅藻土在吸附重金属离子领域的应用  21-25
    1.3.1 矿物的界面吸附机理  21-22
    1.3.2 重金属污染概况  22
    1.3.3 硅藻土在吸附重金属离子领域的研究进展  22-25
  1.4 有机硅烷嫁接简介  25-26
  1.5 煅烧和硅烷嫁接改性对研究硅藻土吸附重金属离子的重要意义  26-27
  1.6 研究内容  27-28
第2章热处理对硅藻土结构、性质的影响及其机理研究  28-37
  2.1 引言  28
  2.2 实验部分  28-30
    2.2.1 试剂与仪器  28
    2.2.2 硅藻土提纯及热处理  28-29
    2.2.3 测试方法  29-30
  2.3 热处理前后硅藻土结构表征  30-36
    2.3.1 化学组成分析  30
    2.3.2 XRD 表征  30-32
    2.3.3 比表面积及孔结构分析  32-33
    2.3.4 FTIR 表征  33-35
    2.3.5 热重分析  35-36
  2.4 本章小结  36-37
第3章热处理硅藻土的硅烷化改性及其机理研究  37-47
  3.1 引言  37
  3.2 实验部分  37-39
    3.2.1 试剂与仪器  37
    3.2.2 改性土的制备  37-38
    3.2.3 实验装置图  38
    3.2.4 测试方法与测试条件  38-39
  3.3 结构表征  39-45
    3.3.1 XRD 表征  39
    3.3.2 比表面积及孔结构分析  39-41
    3.3.3 FTIR 表征  41-42
    3.3.4 元素分析  42-43
    3.3.5 热重分析  43-45
  3.4 小结  45-47
第4章硅烷化改性硅藻土对Cu~(2+))的吸附性能及其机理研究  47-57
  4.1 引言  47
  4.2 实验部分  47-51
    4.2.1 试剂与仪器  47
    4.2.2 测试方法与测定条件  47
    4.2.3 吸附试验  47-49
    4.2.4 吸附理论及吸附模型  49-51
  4.3 硅烷化改性硅藻土吸附Cu~(2+)的研究  51-55
    4.3.1 pH 值对硅藻土(原土)及硅烷化改性硅藻土吸附 Cu~(2+)的性能影响  51-52
    4.3.2 不同初始浓度 Cu~(2+)溶液对 Dt、Dt/M、Dt-800/M 的吸附性能影响  52-53
    4.3.3 Dt、Dt/M、Dt-800/M 对Cu~(2+)的吸附动力学性能研究  53-54
    4.3.4 Dt-Cu、Dt/M-Cu、Dt-800/M-Cu 的XPS 能谱分析  54-55
  4.4 小结  55-57
第5章结论  57-59
  5.1 主要结论  57-58
  5.2 创新及不足之处、展望  58-59
    5.2.1 创新  58
    5.2.2 不足  58
    5.2.3 展望  58-59
参考文献  59-66
攻读学位期间发表的学术论文目录  66-67
致谢  67

硅藻土的硅烷化改性及其对铜离子吸附性能的研究

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