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埃洛石纳米管及其改性产品在废水处理中的应用研究

作　者: 赵亚婔
导　师: 张冰；刘金盾
学　校: 郑州大学
专　业: 环境科学
关键词: 埃洛石纳米管沸石吸附氨氮中性红次甲基蓝六价铬
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

近年来,水污染成为人们关注的热点,废水的有效治理对于人体健康和环境保护具有重要意义。研究表明,天然矿物材料及其加工改性产品,对废水中的有害物质具有显著的脱除效果。埃洛石纳米管(HNTs)是一种天然纳米管结构的粘土矿物,是制备吸附剂的理想原料。因此,本文选用HNTs为原料,制备了不同种类的分子筛；采用不同方法对HNTs进行改性制备了新型吸附剂。研究其对废水中氨氮、染料及重金属的吸附性能,为HNTs的深加工及环境领域的应用提供了新的研究思路。研究内容如下：(1)以HNTs为原料制备Y、A、X型分子筛利用HNTs水热合成了A、X和低硅铝比的Y型沸石。合成Y型沸石时,利用HNTs中含的Si02和A1203和补加的硅、铝作为初始原料,合成A、X型沸石时无需外加原料。采用XRD、FTIR、SEM、TEM和HRTEM等检测技术对合成的产品进行表征,结果表明,合成的沸石纯净,单相,结晶度高。(2)Y、A、X型分子筛对氨氮的吸附性能研究研究了三种沸石对氨氮的吸附性能,结果表明,时间、吸附剂用量、pH、离子强度、温度和初始浓度对吸附过程的影响很大。吸附过程符合Freundlich和Langmuir吸附等温式。动力学研究表明吸附过程符合准二级动力学过程。吸附过程是自发的吸热过程。沸石的再生效果好。因此可作为高效的氨氮吸附剂。(3)HNTs对中性红及化学改性管对次甲基蓝的吸附性能研究利用盐酸和氯化钠对HNTs管进行化学改性,得到改性纳米管(C-HNTs),研究了HNTs对中性红及C-HNTs对次甲基蓝的吸附性能。随着pH值、初始浓度、温度和时间的增加,吸附剂用量的减少,吸附量逐渐增大。吸附过程均符合Langmuir和Freundlich吸附等温线。在318 K温度下,HNTs对中性红、C-HNTs对次甲基蓝的最大吸附量分别为65.45 mg·g-1和103.63 mg·g-1。动力学过程均符合准二级和离子扩散模型,吸附过程是自发的吸热过程。探讨了HNTs和C-HNTs对染料的吸附机理。以上结果表明,HNTs和C-HNTs可作为染料的吸附剂。(4)壳聚糖对HNTs改性及其对六价铬的吸附性能研究利用壳聚糖(CS)对HNTs进行改性,制得纳米复合吸附剂(CS/HNTs),研究了CS/HNTs对六价铬的吸附性能,随着吸附剂用量、温度的减少,初始浓度的增加,吸附量逐渐增大。吸附过程符合Langmuir和Freundlich吸附等温式,动力学过程符合准二级和离子扩散模型。Langmuir得出的288 K温度下最大吸附量为14.49 mg·g-1。表明CS/HNTs可作为重金属离子Cr(Ⅵ)的有效的吸附剂。综上所述,以HNTs为原料制备了高纯度、结晶完整、对氨氮具有高吸附效率的分子筛,而HNTs改性后对染料及Cr(Ⅵ)具有高吸附效率,同时HNTs廉价易得,因此在环境领域有广阔的应用前景。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
第1章绪论  13-23
  1.1 引言  13
  1.2 氨氮、染料及重金属废水的处理技术  13-17
    1.2.1 氨氮的来源及危害  13-14
    1.2.2 氨氮废水的处理方法  14-15
    1.2.3 染料废水的来源及危害  15
    1.2.4 染料废水的处理方法  15
    1.2.5 重金属废水的来源及危害  15-16
    1.2.6 重金属废水的处理方法  16-17
  1.3 沸石分子筛的概况  17-21
    1.3.1 沸石分子筛的基本结构  17-18
    1.3.2 沸石分子筛的吸附性能  18
    1.3.3 沸石分子筛的合成  18-21
  1.4 埃洛石纳米管的简介  21
  1.5 选题依据和研究内容  21-23
第2章埃洛石纳米管制备沸石分子筛及其对氨氮的吸附  23-58
  2.1 引言  23-25
  2.2 实验部分  25-29
    2.2.1 原料  25
    2.2.2 沸石的制备  25-26
    2.2.3 仪器和检测  26
    2.2.4 氨氮吸附实验  26-27
    2.2.5 吸附模型  27-29
  2.3 结果与讨论  29-57
    2.3.1 分析表征  29-35
    2.3.2 Y型沸石对氨氮的吸附  35-42
    2.3.3 A型沸石对氨氮的吸附  42-49
    2.3.4 X型沸石对氨氮的吸附  49-57
  2.4 小结  57-58
第3章埃洛石纳米管对染料废水的吸附研究  58-77
  3.1 引言  58-59
  3.2 实验部分  59-61
    3.2.1 原料  59-60
    3.2.2 C-HNTs的制备  60
    3.2.3 仪器和检测  60
    3.2.4 吸附实验  60
    3.2.5 吸附模型  60-61
  3.3 结果与讨论  61-76
    3.3.1 分析表征  61-63
    3.3.2 HNTs对中性红的吸附  63-69
    3.3.3 C-HNTs对次甲基蓝的吸附  69-76
  3.4 小结  76-77
第4章壳聚糖埃洛石复合材料的制备及其对Cr(Ⅵ)的吸附研究  77-86
  4.1 引言  77-78
  4.2 实验部分  78-79
    4.2.1 吸附剂制备过程  78
    4.2.2 吸附实验  78-79
  4.3 结果与讨论  79-85
    4.3.1 吸附剂用量的影响  79
    4.3.2 pH值的影响  79-80
    4.3.3 初始浓度和温度的影响  80-81
    4.3.4 吸附等温线分析  81-82
    4.3.4 热力学参数  82
    4.3.5 吸附时间的影响  82-83
    4.3.6 动力学分析  83-84
    4.3.7 离子强度的影响  84-85
  4.4 小结  85-86
第5章结论与展望  86-88
  5.1 结论  86-87
  5.2 本研究的局限及展望  87-88
参考文献  88-95
致谢  95-96
个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果  96

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