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凹凸棒粘土的改性及其在印染废水脱色方面的应用
作 者: 王玉环
导 师: 王建庆
学 校: 东华大学
专 业: 纺织化学与染整工程
关键词: 凹凸棒粘土 热改性 阳离子改性 吸附热力学 吸附动力学 印染废水
分类号: X791
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要
凹凸棒粘土是一种层链状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物,由于其具有较大的孔径和比表面积,使得其在印染废水的脱色方面具有独特的优势和吸引力。印染废水属于含有一定量有毒物质的有机废水,含有残余染料、染色助剂、酸碱、以及一些重金属,其中残余染料及助剂构成了废水中有机污染物的主要成份,并使废水带有特殊的颜色。因此,如何使印染废水脱色是处理的重要问题;脱色方法的研究成为印染废水处理的重要课题。本文通过场发射扫描电镜、x-射线(xRD)衍射、比表面积、红外光谱(FTIR)和热失重(TGA)的表征分析,研究了凹凸棒粘土改性前后的表面形态、晶型结构、比表面积、官能团组成和失重情况等基本物理性状。从吸附热力学和动力学两方面系统研究了热改性凹凸棒粘土和阳离子改性凹凸棒粘土对不同类型的染料的吸附过程及机理,比较了不同的改性凹凸棒粘土对不同类型染料的吸附性能,应用于印染废水的脱色处理中。实验结果表明,经过350℃热改性的凹凸棒粘土的比表面积最大,分散性更好;在试验条件范围内,热改性的凹凸棒粘土对亚甲基蓝染料的吸附符合Langmuir等温吸附方程,平衡吸附量为73.05mg.g-1,△H为正值,△G为负值,△S大于零,此过程为一自发的吸热过程,吸附动力学数据符合准二级速率方程。通过X-射线(XRD)衍射和红外光谱(FTIR)分析可以确定阳离子改性剂已经在凹凸棒粘土上成功实现改性;阳离子改性凹凸棒粘土对活性蓝19的吸附符合Langmuir等温吸附方程,对活性蓝19的平衡吸附量为167.8 mg.g-1,△H为正值,△G为负值,△S大于零,此过程为一自发的吸热过程;其吸附动力学数据符合准二级速率方程。凹凸棒粘土经过热改性后对阳离子染料的吸附量有不同程度的提高,经过阳离子改性后对阴离子染料的吸附也有很明显的增加,且两种改性方法对染料的平衡吸附量都随着染料上所带电荷量的减少而增加。
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全文目录
摘要 5-7 ABSTRACT 7-12 第1章 课题研究背景 12-28 1.1 凹凸棒粘土简介 12-14 1.1.1 凹凸棒粘土的基本特征 12 1.1.2 凹凸棒粘土的物理化学性质 12-14 1.2 凹凸棒粘土的改性 14-16 1.2.1 热处理法 14-15 1.2.2 酸化法 15 1.2.3 偶联剂处理法 15 1.2.4 阳离子表面活性剂处理法 15-16 1.2.5 超声波分散法 16 1.2.6 微波处理法 16 1.3 凹凸棒粘土在纺织印染中的应用 16-18 1.3.1 凹凸棒粘土的应用领域 16-17 1.3.2 在纺织印染行业的应用 17-18 1.4 凹凸棒粘土的吸附热力学及动力学 18-23 1.4.1 凹凸棒粘土吸附水溶性染料的热力学 18-21 1.4.2 凹凸棒粘土吸附水溶性染料的动力学 21-23 1.5 印染废水排放现状 23-25 1.5.1 印染废水排放现状 23 1.5.2 印染废水的特点 23 1.5.3 印染废水常用的脱色方法 23-25 1.6 研究的内容和研究意义 25-28 1.6.1 研究目的和意义 25-26 1.6.2 本课题的主要研究内容 26-28 第2章 实验方法 28-34 2.1 实验材料 28 2.2 实验仪器 28-29 2.3 试验方法 29-31 2.3.1 凹凸棒粘土的热改性 29 2.3.2 凹凸棒粘土的季铵盐阳离子改性 29 2.3.3 标准曲线 29-30 2.3.4 吸附热力学 30 2.3.5 吸附动力学 30-31 2.3.6 吸附性能评价方法 31 2.4 试验表征方法 31-34 2.4.1 场发射扫描电镜 31 2.4.2 X-射线(XRD)衍射分析 31 2.4.3 比表面积测定 31-32 2.4.4 红外光谱(FTIR)分析 32 2.4.5 热失重分析(TGA) 32-34 第3章 凹凸棒粘土的结构分析 34-38 3.1 凹凸棒粘土的表面形态 34 3.2 X-射线(XRD)衍射分析 34-35 3.3 比表面积的测定 35 3.4 红外光谱(FTIR)分析 35-36 3.5 热失重分析(TGA) 36-37 3.6 本章小结 37-38 第4章 凹凸棒粘土的热改性 38-58 4.1 改性条件对粘土结构及性能的影响 38-43 4.1.1 凹凸棒粘土结构的变化 38-41 4.1.2 吸附性能的变化 41-43 4.2 热改性粘土的吸附热力学研究 43-47 4.2.1 吸附等温线 43-46 4.2.2 吸附热力学参数 46-47 4.3 吸附动力学研究 47-51 4.3.1 动力学曲线 47-50 4.3.2 表观吸附活化能 50-51 4.4 吸附条件对吸附效果的影响 51-54 4.4.1 凹凸棒粘土用量对脱色率的影响 51-52 4.4.2 吸附时间对脱色率的影响 52-53 4.4.3 吸附温度对脱色率的影响 53-54 4.5 热改性凹凸棒粘土对不同阳离子染料的吸附 54-56 4.6 本章小结 56-58 第5章 凹凸棒粘土的阳离子改性 58-78 5.1 阳离子改性凹凸棒粘土的结构分析 58-59 5.1.1 X-射线(XRD)衍射分析 58-59 5.1.2 红外光谱(FTIR)分析 59 5.2 阳离子改性凹凸棒粘土吸附热力学研究 59-63 5.2.1 吸附等温线 59-62 5.2.2 吸附热力学参数 62-63 5.3 动力学研究 63-67 5.3.1 动力学曲线 63-66 5.3.2 表观吸附活化能 66-67 5.4 吸附条件对吸附效果的影响 67-69 5.4.1 溶液pH值的影响 67-68 5.4.2 吸附温度的影响 68 5.4.3 吸附时间的影响 68-69 5.5 染料结构对吸附效果的影响 69-70 5.6 阳离子改性凹凸棒粘土对工厂印染废水的脱色 70-76 5.6.1 改性粘土对染色生产废水的处理效果 71 5.6.2 改性粘土与絮凝剂的协同作用 71-75 5.6.3 废水中表面活性剂对脱色效果的影响 75-76 5.7 本章小结 76-78 第6章 结论 78-80 参考文献 80-86 攻读硕士期间的研究成果 86-88 致谢 88
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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 轻工业废物处理与综合利用 > 纺织、印染工业
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