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凹凸棒石的改性及其对重金属离子吸附的研究

作　者: 池亚玲
导　师: 陈元涛
学　校: 青海师范大学
专　业: 无机化学
关键词: 凹凸棒石粘土硅烷偶联剂吸附 pH 表面络合
分类号: O647.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本论文以凹凸棒石粘土为原料，对其结构进行系统分析，根据其结构特征，研究制备了具有重要应用前景的改性材料——硅烷偶联剂改性凹凸棒石。采用XRD、SEM、FTIR分析方法比较凹凸棒石改性前后的结构变化，研究其改性机理。凹凸棒石粘土主要由凹凸棒石组成，天然凹凸棒石粘土常伴有蛋白石、石英和碳酸盐等，同时由于范德华力和氢键作用，凹凸棒石粘土棒晶通常以聚集体形式存在，限制了凹凸棒石粘土的性能和应用范围。因此，使用前通常需要采用适当的方法去除杂质和解离棒晶聚集体。通过酸活化处理可以部分解聚凹凸棒石粘土的棒晶束，而且可以改变凹凸棒石粘土的比表面积，去除当中的碳酸盐等矿物杂质。与此同时氢离子能置换出凹凸棒石粘土中含有的镁离子、铝离子和铁离子等金属离子，提高凹凸棒石的阳离子可交换性，改善凹凸棒石粘土的脱色力和吸附性。凹凸棒石表面具有大量的硅羟基，因此对有机物具有非常强的亲和力。硅烷偶联剂在水解时可以产生大量硅羟基，这些硅羟基可以和凹凸棒石表面硅羟基产生缩合，或者硅烷偶联剂的硅羟基自身缩合，覆盖于凹凸棒石表面，改性其表面形态和性质，形成新的网络结构，丰富了凹凸棒石的孔道，合成一类新型的功能材料，从而赋予凹凸棒石新的性能。凹凸棒石粘土用盐酸活化处理后再用硅烷偶联剂改性。确定其工艺条件为：75mL浓度为4mol/L盐酸溶液，加入到7.500g凹凸棒石粘土进行酸活化，产品用去离子水洗涤中性后120℃烘干。以1:1比例加入硅烷偶联剂，温度控制在70℃，机械搅拌5h，抽滤洗涤烘干得到产品。论文之后又考察了振荡时间、pH值、腐殖酸（FA）、吸附浓度、离子强度、不同电解质离子和温度等因素对硅烷偶联剂改性凹凸棒石粘土吸附Co（II）和Pb（II）的影响，实验结果表明，吸附在几个小时内就能达到吸附平衡，pH值和离子强度是影响吸附的主要因素，表面络合和离子交换是吸附的主要机理，主要表现在低pH值条件下为离子交换，而高pH值下为表面络合。吸附等温线用Langmuir、Freundlich和Dubinin-Radushkevich (D-R)等温式模型来拟合，Langmuir模型拟合Pb(II)的吸附等温线效果最好。研究结果表明硅烷偶联剂改性后的凹凸棒石粘土可作为溶液中重金属离子合适的吸附材料。

全文目录

中文摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-16
  1.1 概述  9-11
  1.2 凹凸棒石的性质与应用  11-12
    1.2.1 凹凸棒石的吸附性能及其应用  11
    1.2.2 其他  11-12
  1.3 凹凸棒石的改性  12-14
    1.3.1 凹凸棒石的热处理  12
    1.3.2 凹凸棒石的酸处理  12
    1.3.3 凹凸棒石的有机改性  12-14
    1.3.4 凹凸棒石的其他改性  14
  1.4 立题意义与主要研究内容  14-16
第二章凹凸棒石的酸处理及有机改性  16-26
  2.1 前言  16
  2.2 材料与方法  16-18
    2.2.1 实验材料  16
    2.2.2 仪器和设备  16-17
    2.2.3 实验方法  17-18
  2.3 结果与讨论  18-25
    2.3.1 凹凸棒石的结构、性质  18-19
    2.3.2 凹凸棒石的结构随温度的变化  19-21
    2.3.3 凹凸棒石酸活化改性  21-23
    2.3.4 凹凸棒石的硅烷偶联剂改性  23-25
  2.4 本章小结  25-26
第三章实验部分  26-30
  3.1 实验试剂及仪器  26-27
    3.1.1 实验试剂  26
    3.1.2 实验仪器  26-27
  3.2 重金属离子的吸附实验  27-28
    3.2.1 吸附实验过程  27
    3.2.2 吸附实验结果  27-28
  3.3 标准曲线的绘制  28-30
    3.3.1 钴离子 Co(II)的分析  28
    3.3.2 铅离子 Pb(II)的分析  28-30
第四章 Co(II)在改性凹凸棒石上吸附研究  30-37
  4.1 引言  30
  4.2 结果与讨论  30-36
    4.2.1 振荡时间对改性凹凸棒石吸附 Co(II)的影响  30-31
    4.2.2 改性凹凸棒石浓度对 Co(II）吸附的影响  31-32
    4.2.3 体系 pH 值和离子强度对 Co(II)在改性凹凸棒石上的吸附影响  32-33
    4.2.4 腐殖酸(FA)对改性凹凸棒石吸附 Co(II)的影响  33-34
    4.2.5 电解质离子对改性凹凸棒石吸附 Co(II)的影响  34-36
  4.3 本章小结  36-37
第五章 Pb（II）在改性凹凸棒石上吸附研究  37-49
  5.1 引言  37
  5.2 结果与讨论  37-48
    5.2.1 振荡时间对改性凹凸棒石吸附 Pb(II)的影响  37-38
    5.2.2 改性凹凸棒石浓度对 Pb(II）吸附的影响  38-39
    5.2.3 体系 pH 值和离子强度对 Pb (II)在改性凹凸棒石上的吸附影响.  39-41
    5.2.4 电解质离子对改性凹凸棒石吸附 Pb (II)的影响  41-43
    5.2.5 温度对改性凹凸棒石吸附 Pb (II)的影响  43-48
  5.3 本章小结  48-49
第六章结论和展望  49-51
参考文献  51-56
致谢  56-57
附录  57

凹凸棒石的改性及其对重金属离子吸附的研究

内容摘要

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