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层状复合金属氢氧化物对Ni~(2+)的吸附规律研究

作　者: 赵阳
导　师: 路艳罗
学　校: 北京化工大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 水滑石 Ni2+吸附曲线动力学方程
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文分别合成了两种金属体系(Mg-Al;Zn-Al),不同M2+/M3+比例(2：1、3：1、4：1),不同客体(CO32-、NO3-、EDTA)插层的水滑石,利用XRD、IR、BET、SEM等多种表征手段研究了水滑石的结构,随后以水滑石为吸附剂对水中的Ni2+进行吸附实验。利用ICP确定溶液中Ni2+浓度随时间的变化,并对吸附过程进行动力学拟合,研究了水滑石对Ni2+的吸附规律。由共沉淀法制备了Zn/Al投料比为(2：1,3：1,4：1),不同客体离子(CO32-, NO3-, EDTA)插层的LDHs,具有典型的水滑石层状结构,层间距的变化和FT-IT谱图表明CO32-, NO3-, EDTA分别插层成功。进而进行了吸附实验,Zn/Al投料比为(2：1)的ZnAl-CO3-LDHs具有最大的去除率,可达96%,其平衡吸附量可达19mg/g；利用动力学方程拟合其吸附过程,水滑石对于Ni2+的吸附过程符合准二级方程,表明LDHs与Ni2+的化学作用是吸附过程的速控步骤。Zn/Al投料比为(4：1)的ZnAl-EDTA-LDHs的吸附速率常数K2最大,可达0.12g·mg-1·min-1。同样方法制备了Mg-Al体系的水滑石,并对其结构和吸附性能进行了表征,具有典型的水滑石层状结构,层间距的变化和FT-IT谱图表明CO32-,NO3-, EDTA分别插层成功。去除率最大的为Mg/Al投料比为(3：1)的MgAl-CO3-LDHs,其平衡吸附量可达84mg/g,用准二级动力学方程拟合Mg-Al体系对于Ni2+的吸附过程,其相关系数可无限趋近于1。而Mg/Al投料比为(2：1)的MgAl-NO3-LDHs的准二级吸附速率常数可达0.05g·mg-1·min-1, MgAl-EDTA-LDHs在3min内即可完成其快速吸附过程,5mmin左右达到吸附平衡。综上所述,比表面积较大的水滑石是较好的Ni2+吸附剂,吸附速率较快,吸附量较大,特别是C032-插层的水滑石作为吸附剂,200min之内就能达到平衡,处理后的水溶液中Ni2+浓度最低达到0.0084 mg/L,远小于GB8978-2002中规定的0.5mg/L的排放标准。因此,水滑石有望于日后应用于含Ni2+废水的处理中。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-14
第一章绪论  14-30
  1.1 水污染的分类  15
  1.2 重金属污染概述及现行处理办法  15-20
    1.2.1 物理化学法  15-16
    1.2.2 生物处理法  16-17
    1.2.3 化学处理法  17-20
  1.3 Ni的危害及现行处理工艺  20-21
  1.4 层状双金属氢氧化物的概述  21-22
  1.5 层状双金属氢氧化物的制备方法  22-24
    1.5.1 共沉淀法  22-23
    1.5.2 水热法  23
    1.5.3 成核/晶化隔离法  23
    1.5.4 离子交换法  23-24
    1.5.5 焙烧复原法  24
    1.5.6 尿素法  24
    1.5.7 微波辐射法  24
  1.6 层状双金属氢氧化物的性质  24-26
    1.6.1 碱性  24-25
    1.6.2 层间阴离子的可交换性  25
    1.6.3 记忆效应  25
    1.6.4 组成及结构的可调控性  25
    1.6.5 阻燃性能  25
    1.6.6 热稳定性能  25-26
    1.6.7 吸附性  26
  1.7 层状双金属氢氧化物的的应用  26-28
    1.7.1 催化方面的应用  26-27
    1.7.2 医药方面的应用  27
    1.7.3 电化学方面的应用  27
    1.7.4 光学方面的应用  27
    1.7.5 聚合物阻燃剂  27
    1.7.6 磁学方面的应用  27-28
    1.7.7 离子交换和吸附方面的应用  28
  1.8 选题的意义和目的  28-30
第二章实验部分  30-36
  2.1 实验试剂与仪器  30-32
    2.1.1 实验试剂  30
    2.1.2 实验设备  30
    2.1.3 样品制备  30-31
    2.1.4 吸附实验  31-32
    2.1.5 实验流程图  32
  2.2 样品表征  32-33
    2.2.1 XRD表征  32
    2.2.2 FT-IR表征  32
    2.2.3 SEM表征  32
    2.2.4 ICP检测  32-33
    2.2.5 EDX表征  33
    2.2.6 BET表征  33
  2.3 吸附动力学  33-36
第三章 Ni~(2+)在Zn-Al LDHs上的吸附规律研究  36-60
  3.1 Zn-Al CO_3~(2-)LDHs的结构与吸附性能  36-43
    3.1.1 Zn-Al CO_3~(2-)LDHs的结构表征  36-39
    3.1.2 Zn-Al CO_3~(2-)LDHs的吸附性能  39-41
    3.1.3 Zn-Al CO_3~(2-)LDHs吸附产物的结构表征  41-43
  3.2 Zn-Al NO_3~-LDHs的结构与吸附性能  43-51
    3.2.1 Zn-Al NO_3~-LDHs的结构表征  43-46
    3.2.2 Zn-Al NO_3~-LDHs的吸附性能  46-48
    3.2.3 Zn-Al NO_3~-LDHs吸附产物的结构  48-51
  3.3 Zn-Al EDTA LDHs的结构与吸附性能  51-58
    3.3.1 Zn-Al EDTA LDHs的结构表征  51-54
    3.3.2 Zn-Al EDTA LDHs的吸附性能  54-56
    3.3.3 Zn-Al EDTA LDHs吸附产物的结构表征  56-58
  3.4 小结  58-60
第四章 Ni~(2+)在Mg-Al型LDHs上的吸附规律研究  60-78
  4.1 Mg-AlCO_3~(2-)LDHs的结构与吸附性能  60-65
    4.1.1 Mg-AlCO_3~(2-)LDHs的结构表征  60-62
    4.1.2 Mg-AlCO_3~(2-)LDHs的吸附性能  62-64
    4.1.3 Mg-AlCO_3~(2-)LDHs吸附产物的结构表征  64-65
  4.2 Mg-AlNO_3~-LDHs的结构与吸附性能  65-71
    4.2.1 Mg-AlNO_3~-LDHs的结构表征  65-67
    4.2.2 Mg-AlNO_3~-LDHs的吸附性能  67-70
    4.2.3 Mg-AlNO_3~-LDHs吸附产物的结构  70-71
  4.3 Mg-Al EDTALDHs的结构与吸附性能  71-76
    4.3.1 Mg-Al EDTA LDHs的结构表征  71-73
    4.3.2 Mg-Al EDTA LDHs的吸附性能  73-75
    4.3.3 Mg-Al EDTA LDHs吸附产物的结构表征  75-76
  4.4 小结  76-78
第五章结论  78-80
论文创新点  80-82
参考文献  82-88
致谢  88-90
研究成果及发表的学术论文  90-92
作者和导师简介  92-93
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  93-94

层状复合金属氢氧化物对Ni~(2+)的吸附规律研究

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