【摘 要】
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菱镁矿(Mg CO3)是我国的优势矿产,储量占据世界菱镁矿总量的四分之一及以上,其具有产量丰厚、杂质含量低、后处理简单的鲜明特点,是制备含镁化合物的优质矿源。根据矿石结晶状态的不同,可分为晶质菱镁矿以及微晶质菱镁矿两种。目前,我国菱镁矿资源以晶质菱镁矿为主,微晶质菱镁矿的产量不多。因此,之前对菱镁矿的研究多以晶质菱镁矿为原料,以微晶质菱镁矿为原料的研究不多。如何利用好我国的菱镁矿资源,提高其资源经
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菱镁矿(Mg CO3)是我国的优势矿产,储量占据世界菱镁矿总量的四分之一及以上,其具有产量丰厚、杂质含量低、后处理简单的鲜明特点,是制备含镁化合物的优质矿源。根据矿石结晶状态的不同,可分为晶质菱镁矿以及微晶质菱镁矿两种。目前,我国菱镁矿资源以晶质菱镁矿为主,微晶质菱镁矿的产量不多。因此,之前对菱镁矿的研究多以晶质菱镁矿为原料,以微晶质菱镁矿为原料的研究不多。如何利用好我国的菱镁矿资源,提高其资源经济效益,制备出优质的含镁化合物,是目前对于菱镁矿资源的主要研究方向。纳米氢氧化镁以及纳米氧化镁,以其优异的性能备受关注,在各个领域得到了越来越多的应用。因此本研究以微晶质菱镁矿为原料制备出纳米氢氧化镁以及高活性的纳米氧化镁,并将其应用于对含Cr(Ⅵ)废水的净化处理方面。该研究对于微晶质菱镁矿的综合利用具有重要意义。本文以微晶质菱镁矿为原料,经煅烧后得到轻烧氧化镁,其活性良好(CAA值为24.12 s)。通过水化、水热等过程制备纳米氢氧化镁,探究了水化温度、水化时间、固液比、分散剂(PVP、PEG6000)等条件对于氢氧化镁形貌的影响,并探究了不同制备路径下氢氧化镁的形貌差异。确定了水化温度80℃,水化时间90min,水化固液比1:10,作为最佳水化条件,该条件下水化率可以达到92.75%,可以制备得到“卡房”状纳米片状氢氧化镁。水热过程中,轻烧氧化镁用量为20%~30%,4%PVP做分散剂,该条件下可以提高产物的分散性,使形貌趋于规整,制备得到稍厚片状纳米氢氧化镁。提出了5种制备纳米氢氧化镁的路径,其中轻烧氧化镁水化-煅烧-水热制备的氢氧化镁为六角厚片状,形貌最规整,分散性最佳。以得到的“卡房”状纳米片状氢氧化镁为原料,通过煅烧制备纳米氧化镁。探究了煅烧温度、保温时长等因素对纳米氧化镁活性的影响,确定了最佳的煅烧条件。此外,还探究了不同形貌的前驱体氢氧化镁对氧化镁的影响。确定了煅烧温度为400℃、保温时长为0.5 h,作为最佳的煅烧条件,可以制备出高比表面积(205.5164 m2·g-1)、高活性(CAA<10 s,水化率>95%)的纳米氧化镁。确定了纳米氧化镁的形貌与活性与前驱体纳米氢氧化镁的形貌和活性密切相关。由于形貌记忆效益,氧化镁的形貌继承了前驱体氢氧化镁的主要形貌特点。轻烧氧化镁水化-煅烧-水热-煅烧路径下制备的纳米氧化镁形貌最为规整、活性最低;轻烧氧化镁水化-煅烧路径下制备的纳米氧化镁活性最高。最后,以制备的高活性纳米氧化镁为吸附剂,探究了其对于Cr(Ⅵ)的吸附性能。确定了氧化镁的投放量为2.000 g·L-1、吸附时长为20 min、溶液p H为4、吸附温度为室温,为氧化镁对Cr(Ⅵ)的最佳吸附条件。氧化镁对于水体中的Cr(Ⅵ)去除率可达98.12%。考察了所制备的纳米氧化镁吸附剂的再生和循环利用性能。其经过5次“吸附-解吸”测试,仍具备优异的吸附性,对水体中Cr(Ⅵ)的去除率仍能达到90%以上。用动力学和等温线模型对氧化镁对Cr(Ⅵ)的吸附方式做了探究。分别与伪二级动力学模型(R2=0.9992)、Langmuir等温线模型(R2=0.9987)更为贴合,说明吸附以化学吸附为主,Cr(Ⅵ)在氧化镁表面以单分子层的形式被吸附,求得的最大吸附量为460.8 mg·g-1。另外,进行了高活性纳米氧化镁对其他金属离子吸附性能的探究,结果显示,其不仅对Cr(Ⅵ)有良好的吸附性能外,对其他金属离子也有相当好的吸附能力。有以上结果可见,该吸附剂具有高效、可再生、功能性强的特点,是一种具有实际应用价值的吸附剂。
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