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硅镁胶的合成与吸附性能

作　者: 张丽丽
导　师: 王海增；孙宝维
学　校: 中国海洋大学
专　业: 无机化学
关键词: 硅镁胶水热法吸附性能染料金属离子
分类号: O647.32
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

采用水热法,以Na₂SiO₃·9H₂O和MgCl₂·6H₂O为原料合成了一系列新型硅镁胶,考察了原料Mg/Si摩尔比、原料混合方式、焙烧温度、水热温度和时间、造孔剂等合成条件对其吸附性能的影响。并利用比表面积及孔结构分析仪（BET）、扫描电镜（SEM）、傅立叶红外光谱仪（FT-IR）、X射线衍射仪（XRD）等仪器分析方法对产物进行表征。研究了硅镁胶对两种染料（碱性品绿和碱性嫩黄O）和Ca²⁺的吸附性能,考察了溶液初始浓度、吸附剂投加量、吸附时间、溶液初始pH值和离子强度等因素对吸附性能的影响。通过仪器表征和对碱性品绿吸附实验可知,硅镁胶水热合成的影响条件中原料Mg/Si摩尔比和焙烧温度是影响硅镁胶吸附性能的主要因素,原料混合方式、水热温度和时间是次要因素,造孔剂的添加对硅镁胶的改性作用不明显。通过对硅镁胶中MgO和SiO₂含量测定可知,不同原料Mg/Si摩尔比对水热合成的硅镁胶的组成影响不大,硅镁胶中的镁源和硅源可能形成1:1的结构单元层。合成的硅镁胶多为微孔或中孔的层状硅镁化合物,镁离子溶出率低,对水溶液有碱化作用。用硅镁胶对水溶液中的碱性品绿进行吸附脱除,原料Mg/Si摩尔比为1:1,焙烧700℃的硅镁胶（1:1 C-Mg-Si gel-700）表现出最佳吸附性能。在25⁵5℃条件下,吸附符合Langmuir线性等温方程式;吸附过程符合伪二级动力学方程,最大平衡吸附量为598.95mg·g^-1。溶液初始浓度为300mg·L^-1,吸附剂投加量为0.5g·L^-1,吸附时间为200min,温度为45℃是硅镁胶对碱性品绿的最佳吸附条件。吸附为快速吸附过程,主要受溶液中浓度梯度影响。初始pH值在3¹1时,碱性品绿脱除率基本保持不变,在高pH值范围内,碱性品绿的脱除为硅镁胶的吸附性能和碱性品绿与NaOH反应的协同效应。用硅镁胶对水溶液中的碱性嫩黄O进行吸附脱除,原料Mg/Si摩尔比为1:1,不焙烧的硅镁胶（1:1 Mg-Si gel）表现出最佳吸附性能。在25⁵5℃条件下,吸附符合Langmuir线性等温方程式;吸附过程符合伪二级动力学方程,最大平衡平衡吸附量为149.25mg·g^-1。溶液初始浓度为300mg·L^-1,吸附剂投加量为2.0g·L^-1,吸附时间为200min,温度为55℃是硅镁胶对碱性嫩黄O的最佳吸附条件。吸附为快速吸附过程,主要受溶液中浓度梯度影响。初始pH值在3¹1时,碱性嫩黄O脱除率基本保持不变。用硅镁胶对水溶液中的Ca²⁺进行吸附脱除,水热180℃,Mg/Si摩尔比为1:4且不焙烧的硅镁胶(180^-1:4 Mg-Si gel)表现出最佳吸附性能。在25⁵5℃条件下,吸附符合Langmuir线性等温方程式;吸附过程符合伪二级动力学方程,最大平衡吸附量为50.00mg·g^-1。溶液初始浓度为50mg·L^-1,吸附剂投加量为1.5g·L^-1,吸附时间为150min,温度为55℃是硅镁胶对Ca²⁺的最佳吸附条件。吸附为快速吸附过程,主要吸附剂表面带电性的影响。初始pH值在2¹1时,Ca²⁺的脱除率随初始pH值增加呈阶梯状上升趋势。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-13
0 前言  13-14
1 文献综述  14-27
  1.1 镁系物的开发和利用现状  14-17
    1.1.1 我国镁资源的状况及特点  14-15
    1.1.2 镁资源的开发利用  15-17
  1.2 含镁复合材料的开发应用  17-19
    1.2.1 氧化镁基复合材料  17-19
    1.2.2 氢氧化镁基复合材料  19
    1.2.3 镁水泥  19
  1.3 硅酸镁的合成与应用  19-23
    1.3.1 硅酸镁的分类  19-22
    1.3.2 硅酸镁的合成方法  22
    1.3.3 硅酸镁的应用  22-23
  1.4 染料废水的处理方法及研究现状  23-25
    1.4.1 染料分类  23-24
    1.4.2 染料废水的研究现状  24-25
  1.5 金属离子处理方法及研究现状  25
  1.6 本论文的研究思路和研究内容  25-27
2 硅镁胶的合成与表征  27-51
  2.1 引言  27
  2.2 实验部分  27-30
    2.2.1 实验仪器与药品  27-28
    2.2.2 硅镁胶的合成  28-29
    2.2.3 硅镁胶中MgO 和Si0_2 含量测定  29-30
    2.2.4 硅镁胶的表征  30
  2.3 结果与讨论  30-49
    2.3.1 硅镁胶中MgO 和Si0_2 含量测定  30-31
    2.3.2 硅镁胶的表征  31-44
    2.3.3 硅镁胶水热合成的影响因素  44-48
    2.3.4 硅镁胶中镁离子在水中的溶出浓度  48-49
    2.3.5 硅镁胶对溶液pH值的影响  49
  2.4 本章小结  49-51
3 硅镁胶对碱性品绿的吸附性能  51-65
  3.1 引言  51
  3.2 实验部分  51-53
    3.2.1 实验仪器与药品  51-52
    3.2.2 硅镁胶吸附实验  52
    3.2.3 实验影响因素分析  52-53
  3.3 结果与讨论  53-57
    3.3.1 染料初始浓度的影响  53-54
    3.3.2 吸附剂投加量的影响  54-55
    3.3.3 吸附时间的影响  55-56
    3.3.4 溶液初始pH 值的影响  56-57
    3.3.5 氯化钠离子强度的影响  57
  3.4 吸附热力学和动力学  57-63
    3.4.1 吸附热力学和动力学理论  57-60
    3.4.2 吸附热力学和动力学分析  60-63
  3.5 吸附剂的再生性能  63-64
  3.6 本章小结  64-65
4 硅镁胶对碱性嫩黄 O 的吸附性能  65-75
  4.1 引言  65
  4.2 实验部分  65-66
    4.2.1 实验仪器与药品  65
    4.2.2 实验方法  65-66
  4.3 结果与讨论  66-70
    4.3.1 硅镁胶水热合成的影响因素  66-67
    4.3.2 染料初始浓度的影响  67-68
    4.3.3 吸附剂投加量的影响  68
    4.3.4 吸附时间的影响  68-69
    4.3.5 溶液初始pH 的影响  69-70
    4.3.6 氯化钠离子强度的影响  70
  4.4 吸附热力学和动力学  70-73
    4.4.1 吸附热力学分析  70-72
    4.4.2 吸附动力学分析  72-73
  4.5 吸附剂的再生性能  73
  4.6 本章小结  73-75
5 硅镁胶对 Ca~(2+)的吸附性能  75-87
  5.1 引言  75
  5.2 实验部分  75-76
    5.2.1 实验仪器与药品  75-76
    5.2.2 Ca~(2+)的测定方法  76
  5.3 结果与讨论  76-82
    5.3.1 硅镁胶水热合成的影响因素  76-78
    5.3.2 Ca~(2+)初始浓度的影响  78-79
    5.3.3 吸附剂投加量的影响  79-80
    5.3.4 吸附时间的影响  80
    5.3.5 溶液初始pH 的影响  80-81
    5.3.6 氯化钠离子强度的影响  81-82
  5.4 吸附热力学和动力学分析  82-84
    5.4.1 吸附热力学分析  82-83
    5.4.2 吸附动力学分析  83-84
  5.5 吸附剂的再生性能  84-85
    5.5.1 再生方式的选择  84-85
    5.5.2 再生次数的影响  85
  5.6 本章小结  85-87
6 结论  87-89
参考文献  89-96
致谢  96-97
个人简历  97
硕士期间发表的学术论文  97

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