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芳基有机膨润土对水中酚类化合物的吸附性能研究

作　者: 张灿
导　师: 孙洪良
学　校: 浙江工商大学
专　业: 环境工程
关键词: 芳基有机膨润土季铵盐表面活性剂酚类化合物吸附性能吸附模型
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

酚类化合物是水环境中主要的有机污染物,具有毒性大、难降解等特点,研究如何有效地控制和治理含酚废水具有十分重要的意义。有机膨润土对含酚废水的吸附研究已取得一定进展,但目前使用的有机改性剂主要为长、短碳链的烷基季铵盐表面活性剂,而对含苯环的季铵盐表面活性剂的改性研究鲜见报道。由于苯环之间π-π键的相互作用,能够增强对芳香类有机化合物的吸附,本文重点研究了使用含苯环的季铵盐阳离子表面活性剂改性的芳基有机膨润土对酚类化合物的吸附性能。实验选择短碳链的四甲基氯化铵(TMA)、苄基三甲基氯化铵(BTMA)、苄基三乙基氯化铵(BTEA)和长碳链的十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)、十六烷基二甲基苄基氯化铵(HDBAC)等5种结构不同的季铵盐阳离子表面活性剂分别对膨润土原土进行改性,系统研究了改性后有机膨润土的结构特征、对水中酚类化合物的吸附性能、机理以及影响因素,重点探讨了苯环结构对芳基有机膨润土吸附芳香类有机化合物性能的影响。研究结果表明：(1)长、短碳链的季铵盐阳离子通过离子交换作用进入到膨润土层间,改变了膨润土原土的层间距和层间域结构,其表面性质发生明显变化,吸附性能显著增强。(2)振荡时间、温度、用土量和pH等因素对有机膨润土吸附苯酚的性能有较大影响,且改性使用的季铵盐阳离子表面活性剂的结构不同(碳链长短、有无苯环),所得有机膨润土对苯酚的吸附量随单因素变化的规律也不相同。(3)比较芳基有机膨润土和烷基有机膨润土的吸附性能发现,在较低的有机物初始浓度(<400 mg／L)条件下,含苯环的BTMA和HDBAC 2种芳基有机膨润土对芳香化合物的吸附性能分别优于不含苯环的TMA和CTMAB烷基有机膨润土,而短碳链的40BTMA有机膨润土的吸附优势比长碳链的100HDBAC有机膨润土更明显。这主要是因为苯环之间的π-π键具有相互增强作用,能够促进含苯环结构的芳基有机膨润土吸附含有苯环结构的芳香化合物。(4)三参数的Redlich-Peterson模型能够克服传统的Langmuir模型、Freundlich模型和线性模型的缺陷和局限性,对不同结构的长、短碳链有机膨润土的等温吸附曲线都能很好地拟合,是一种比较理想的等温吸附模型。模型拟合结果表明,短碳链有机膨润土对酚类化合物的吸附以表面吸附为主,但膨润土表面孔隙分布不均匀,且对化合物的吸附并不是均匀的单层吸附；长碳链有机膨润土对酚类化合物的吸附以层间有机相的分配作用为主,但同时还存在膨润土的表面吸附作用,其等温吸附曲线也具有非线性特征。(5)膨润土的结构、吸附机理、有机物水溶性和辛醇-水分配系数(Kow)等因素都会影响有机膨润土对有机物的吸附性能,因此,长、短碳链芳基有机膨润土对各种酚类化合物吸附去除能力的大小顺序不同。短碳链的40BTMA适用于吸附辛醇-水分配系数较小、水溶性较大、亲水性较强的酚类化合物,而长碳链的100HDBAC更适合用于吸附处理辛醇-水分配系数较大、疏水性较强的酚类化合物。利用这个特点可以将芳基有机膨润土应用于新型、高效、环保的吸附材料的研发。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
第1章引言  11-21
  1.1 含酚废水的特点和危害  11-12
  1.2 膨润土的基本性质和改性方法  12-15
    1.2.1 膨润土的结构  12
    1.2.2 膨润土的特性  12-13
    1.2.3 膨润土的改性  13-15
  1.3 改性膨润土在含酚废水处理中的应用进展  15-19
    1.3.1 无机改性膨润土在含酚废水处理中的应用  15-16
    1.3.2 有机改性膨润土在含酚废水处理中的应用  16-18
    1.3.3 无机-有机复合膨润土在含酚废水处理中的应用  18-19
  1.4 本课题的研究内容及意义  19-21
    1.4.1 研究内容和思路  19
    1.4.2 研究意义  19-21
第2章短碳链季铵盐有机膨润土对苯酚的吸附性能及机理探讨  21-53
  2.1 实验材料和仪器  22-23
    2.1.1 实验材料  22
    2.1.2 实验仪器  22-23
  2.2 实验方法  23-24
    2.2.1 有机膨润土的制备  23
    2.2.2 膨润土的结构表征  23
    2.2.3 吸附实验方法  23-24
    2.2.4 单因素对吸附的影响实验  24
  2.3 结果与讨论  24-50
    2.3.1 膨润土的性质及结构表征  24-33
    2.3.2 苯酚浓度标准曲线的绘制  33-34
    2.3.3 单因素对短碳链有机膨润土吸附苯酚性能的影响  34-42
    2.3.4 短碳链有机膨润土的吸附机理  42-46
    2.3.5 短碳链有机膨润土的等温吸附模型  46-50
  2.4 本章小结  50-53
第3章长碳链季铵盐有机膨润土对苯酚的吸附性能及机理探讨  53-73
  3.1 实验材料和仪器  53-54
    3.1.1 实验材料  53-54
    3.1.2 实验仪器  54
  3.2 实验方法  54-55
  3.3 结果与讨论  55-71
    3.3.1 膨润土的性质及结构表征  55-60
    3.3.2 单因素对长碳链有机膨润土吸附苯酚性能的影响  60-66
    3.3.3 长碳链有机膨润土的吸附机理  66-69
    3.3.4 长碳链有机膨润土的等温吸附模型  69-71
  3.4 本章小结  71-73
第4章苯环间的相互作用对吸附的影响  73-83
  4.1 实验试剂和仪器  73-74
    4.1.1 实验试剂  73-74
    4.1.2 实验仪器  74
    4.1.3 气相实验条件  74
  4.2 实验方法  74-75
    4.2.1 吸附实验  74-75
    4.2.2 萃取实验  75
  4.3 结果与讨论  75-81
    4.3.1 标准曲线的绘制  75-77
    4.3.2 萃取率与精密度的测定  77-79
    4.3.3 等温吸附曲线  79-81
  4.4 本章小结  81-83
第5章芳基有机膨润土对酚类化合物的吸附性能研究  83-95
  5.1 实验试剂和仪器  83-84
    5.1.1 实验试剂  83-84
    5.1.2 实验仪器  84
  5.2 实验方法  84
  5.3 结果与讨论  84-92
    5.3.1 标准曲线的绘制  84-87
    5.3.2 等温吸附曲线  87-89
    5.3.3 等温吸附模型  89-92
  5.4 本章小结  92-95
第6章研究结论、创新点及展望  95-99
  6.1 研究结论  95-96
  6.2 创新点  96
  6.3 展望  96-99
参考文献  99-105
附录  105-107
致谢  107-109

芳基有机膨润土对水中酚类化合物的吸附性能研究

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