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膨胀石墨对环境污染物的吸附及竞争吸附性能

作　者: 许丽娟
导　师: 庞秀言
学　校: 河北大学
专　业: 应用化学
关键词: 膨胀石墨聚乙烯醇吸附性能二甲酚橙蒽醌-1-磺酸钠竞争吸附吸附动力学吸附热力学
分类号: X13
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

膨胀石墨是一种可再生环境修复材料。它是以天然鳞片石墨为原料,利用电化学氧化或化学氧化的方法使某些原子或原子团插入石墨层间,得到的一种石墨层间化合物(可膨胀石墨),可膨胀石墨经过瞬时高温处理后发生膨胀,形成的一种具有丰富的孔隙结构、低堆积密度、高化学稳定性的物质。本文以硫酸作为插层剂,高锰酸钾为氧化剂制备膨胀石墨,并利用X-ray衍射图谱、能量色散谱、比表面积、孔径、孔容积等对原料石墨、可膨胀石墨、膨胀石墨等进行了表征。研究了膨胀石墨对聚乙烯醇的吸附性能以及对二甲酚橙和蒽醌-1-磺酸钠的竞争吸附性能。聚乙烯醇(PVA)是由聚醋酸乙烯醇解而得到的,性能介于橡胶和塑料之间。由于PVA具有良好的黏附性、浆膜强韧性和耐磨性,在纺织工业中得到广泛应用,但其非环保性也成为长期困扰印染废水处理的难题。由PVA构成的有机污染物浓度高且难被生物降解(B/C小于0. 1)。含PVA的印染废水排入水体后,PVA会在水环境中大量积累,使水体表面泡沫增多,黏度加大,影响好氧微生物的活动,从而造成严重的环境问题。本文以膨胀石墨为吸附剂,系统地考察了膨胀石墨对聚乙烯醇(500),聚乙烯醇(700),聚乙烯醇(1750)吸附热力学及动力学规律。动力学研究表明膨胀石墨对聚乙烯醇的吸附过程可以用二级模型来表示,且吸附过程为内扩散控制。热力学研究表明膨胀石墨对聚乙烯醇的吸附等温线为I型,吸附过程是自发进行的,吸附性能不仅与聚乙烯醇浓度、吸附时间、溶液离子强度等因素有关,而且与聚乙烯醇的自身分子量有关。聚乙烯醇以平躺方式吸附于膨胀石墨表面,吸附等温线可以用Langmuir方程来表征。用蒽醌-1-磺酸钠和二甲酚橙染料作为分子量有差异的两种有机吸附质,本文研究了它们在不同膨胀容积的膨胀石墨上的吸附及竞争吸附特性。研究表明:膨胀石墨对二甲酚橙和蒽醌-1-磺酸钠都有一定吸附能力,在单组分吸附中,二甲酚橙在膨胀石墨上的吸附等温线为II型,而蒽醌-1-磺酸钠的吸附等温线为I型;在两组分共存竞争吸附中,第二种吸附质的存在会显著降低第一种吸附质在膨胀石墨上的吸附量,但竞争吸附质的存在不影响第一种吸附质的吸附等温线类型,与单组份时相同,二甲酚橙和蒽醌-1-磺酸钠在膨胀石墨相同结构位点上存在竞争吸附;吸附过程是自发进行的,增大溶液的离子强度和膨胀容积使膨胀石墨对二甲酚橙和蒽醌-1-磺酸钠的吸附量升高,但吸附剂膨胀容积不影响其吸附等温类型;二甲酚橙和蒽醌-1-磺酸钠单组分体系、双组分体系在膨胀石墨表面上的吸附过程均可以用准二级模型来描述,吸附速率常数随吸附过程温度的升高略有增加,但影响不大,吸附作用以物理吸附为主。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第1章膨胀石墨概述  11-17
  概述  11
  1.1 膨胀石墨的性质  11-12
  1.2 膨胀石墨的应用  12-14
    1.2.1 阻燃材料  12
    1.2.2 密封材料  12
    1.2.3 吸附剂  12-13
    1.2.4 电极复合材料  13
    1.2.5 医学材料  13-14
    1.2.6 催化剂生物  14
    1.2.7 其它应用  14
  1.3 膨胀石墨的形成机理及结构特点  14-15
  1.4 膨胀石墨的常见制备方法  15-17
    1.4.1 化学氧化法  15
    1.4.2 电化学氧化法  15-17
第2章膨胀石墨的制备及表征  17-22
  2.1 膨胀石墨的制备  17
    2.1.1 实验主要原料及试剂  17
    2.1.2 实验仪器  17
    2.1.3 实验方法  17
  2.2 膨胀石墨的结构表征  17-21
    2.2.1 膨胀容积的测定  17-18
    2.2.2 X-ray衍射分析  18
    2.2.3 石墨原料、可膨胀石墨的能量色散谱EDS  18-19
    2.2.4 膨胀石墨的比表面积及孔径、孔容积测定结果  19-21
  2.3 结论  21-22
第3章膨胀石墨对聚乙烯醇的吸附性能研究  22-46
  3.1 引言  22-26
    3.1.1 聚乙烯醇的制备方法及用途  23-25
    3.1.2 聚乙烯醇废水特征及治理现状  25-26
  3.2 实验部分  26-28
    3.2.1 原料与试剂  26-27
    3.2.2 实验仪器  27
    3.2.3 实验方法  27-28
  3.3 结果与讨论  28-45
    3.3.1 吸附动力学研究  28-41
    3.3.2 吸附热力学研究  41-45
  3.4 结论  45-46
第4章膨胀石墨对二甲酚橙和蒽醌-1-磺酸钠竞争吸附研究  46-64
  4.1 引言  46-47
  4.2 实验部分  47-51
    4.2.1 原料及试剂  47-48
    4.2.2 实验仪器  48
    4.2.3 实验方法  48-51
  4.3 结果与讨论  51-63
    4.3.1 膨胀石墨对二甲酚橙和蒽醌-1-磺酸钠的吸附及竞争吸附热力学  51-56
    4.3.2 膨胀石墨对二甲酚橙和蒽醌-1-磺酸钠吸附及竞争吸附动力学研究  56-63
  4.4 结论  63-64
第5章展望  64-65
参考文献  65-70
致谢  70-71
攻读硕士期间已发表和待发表的论文  71

膨胀石墨对环境污染物的吸附及竞争吸附性能

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