高性能氢氧化镁制备及其吸附性能的研究

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随着工业化和城市化的发展,水污染问题愈发突出,其中重金属污染十分严重。氢氧化镁作为无机弱碱性化合物,被誉为绿色安全水处理剂,其具有较强的吸附能力和较好的缓冲性,可以很好地去除水体中的重金属离子。轻烧氧化镁直接水化所得的氢氧化镁,在反应过程中发生团聚,导致其粒径变大,比表面积减小,弱化了其吸附性能。因此需要通过表面改性,如使用分散剂、超声波分散、机械球磨等方法,减小水化过程中的团聚,细化晶粒,增大其比表面积。本文主要通过添加分散剂、超声波分散、机械球磨等手段对氢氧化镁进行表面改性,制备高性能氢氧化镁,并将改性前后的氢氧化镁用来吸附重金属Cu2+,以评价其吸附性能。研究得到的主要结论如下:(1)根据单因素实验方法考察轻烧氧化镁水化率,确定了轻烧氧化镁水化的基本反应条件为:反应温度70℃、反应时间2h、搅拌转数700 r/min。通过粒度检测和SEM分析,确定了 MgNO3和聚乙二醇-6000两种分散剂改性效果最好。在添加量分别为3%和5%时,平均粒径Dv(50)值最小,分别为48.1 μm和50 μm,比表面积分别为400.6 m2/kg和367.5 m2/kg。通过粒度检测和SEM分析,确定了超声波改性的最佳时间为30 min,平均粒径Dv(50)值最小,为24.8 μm,比表面积为 787.4 m2/kg。(2)菱镁矿通过机械球磨、干燥、煅烧制备轻烧氧化镁,其平均粒径由44.7μm减小到2.33μm,活性由77.99%提高到89.77%,在相同温度下,水化时间缩短为1 h,水化率提高到99%以上。通过正交实验得到在常压和高压下两种复配改性剂的最佳配比和最佳工艺条件,C1型:反应温度为70℃、反应时间为1h、改性剂用量为7%、改性剂配比3:1;C2型:反应温度为90℃、反应时间为1h、改性剂用量为3%、改性剂配比为2:1:1;G1型:反应温度为130℃、反应时间为150 min、改性剂用量为6%、改性剂配比为1:2;G2型:反应温度为110℃、反应时间为150 min、改性剂用量为4%、改性剂配比为2:1:1。(3)机械球磨可以加速轻烧氧化镁的水化,使产物粒径减小,晶粒细化;提高球/料质量比可以减小氢氧化镁粒径;使用单一分散剂时,MgNO3的改性效果最好,晶粒尺寸减小,且晶粒之间主要呈交错分布,形成卡房状结构;使用复合分散剂时,在使用量为3%,硝酸镁、聚乙二醇-6000和十二烷基苯磺酸钠配比为1:2:3的条件下,改性效果最好。(4)利用氢氧化镁吸附Cu2+,并使其去除率达到99%以上,改性前的氢氧化镁使用量为2g/L,而改性后只需1g/L;氢氧化镁对Cu2+的去除率和吸附量随吸附时间的增加而增大;升高温度可以提高氢氧化镁对Cu2+的吸附速率;氢氧化镁对Cu2+的吸附过程根据相关系数R2判断(R2>0.98),更适合Langmuir吸附等温模型,改性前后的最大理论吸附量分别为303 mg/g和529 mg/g;氢氧化镁对Cu2+的吸附过程属于物理吸附且自发进行,吸附温度升高,ΔG减小;焓变ΔH>0,说明氢氧化镁对Cu2+的吸附是吸热过程,吸附温度升高有利于对Cu2+的吸附;熵变ΔS>0,说明体系的无序度随着吸附过程的进行逐渐增加;通过对动力学模型的拟合分析得出:氢氧化镁对Cu2+吸附更符合拟二级动力学模型。
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