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有机膨润土吸附性能良好、结构一功能可调,在有机废水吸附处理等污染控制领域有广阔的应用前景。本文在评述有机膨润土结构特征、吸附性能及污染控制应用的基础上,围绕进一步提高有机膨润土的吸附性能、开发新型高效有机膨润土吸附剂、降低处理成本等关键科学问题,系统研究了长碳链有机阳离子负载量、膨润土电荷性质对有机膨润土结构及吸附性能的影响,重点探讨了CTMA<+>堆垛密度对有机膨润土吸附性能及吸附热力学特征的影响,试图搞清有机膨润土结构与吸附性能之间的构一效关系,并探明其吸附机制;尝试用CTMA-Al复合膨润土同时吸附处理水中有机污染物和磷酸根,为开发利用新型多功能高效有机膨润土吸附剂提供理论依据。论文取得以下一些有价值的研究结果:
(1)探明了有机膨润土非均匀结构的形成机制。膨润土电荷分布不均匀,且层间有机阳离子在烷基链疏水作用下会相互聚集;因此,有机阳离子在膨润土层间呈非均匀排列,导致有机膨润土结构的非均匀性,并表现为有机膨润土底面间距与有机阳离子构型呈非同步演化。
(2)明确了有机膨润土的吸附性能主要由层间有机阳离子的堆垛密度决定。随着有机阳离子堆垛密度增加,有机膨润土吸附性能呈先增加后降低趋势,如CTMA<+>负载量从0.2CEC逐渐增加到2.0CEC时,苯酚的K<,oc>值先从300 L/kg增大到700 L/kg,然后再降低到360 L/kg。有机阳离子堆垛密度改变时烷基链会形成不同的有机相,从而导致有机物K<,oc>值改变。
(3)发现有机膨润土吸附有机物以熵驱动为主。在低堆垛密度时有机阳离子形成的有机相具有"界面相"结构特征,吸附过程熵项和焓项都表现为驱动效应,其中熵项占自由能变化的68%以上。随着有机阳离子堆垛密度增加,有机相逐渐从"界面相"演变成"体相",熵驱动增强;同时烷基链相互作用增强,焓项逐渐从驱动效应转变成阻碍效应。
(4)率先研究了CTMA-Al复合膨润土同时吸附处理水中有机污染物和磷酸根的性能。复合膨润土形成了与有机膨润土结构类似的有机相,因而它们吸附性能相当;复合膨润土可通过配体交换及离子交换吸附磷酸根,吸附性能优于Al<,13>柱撑膨润土。