苏氨酸和酪氨酸改性蒙脱石的制备及其对铅、铜离子捕集作用的研究

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通过水体进行传播的金属离子污染是重金属污染最为广泛的存在形式,而生产生活中各个方面都涉及到水的使用,所以对水中重金属离子污染的治理尤其重要。天然蒙脱石由于其特殊的2:1层间结构,不仅能够吸附有机分子,对金属阳离子也具有良好的吸附效果。通过对蒙脱石进行氨基酸改性,进一步增加其层间距离和吸附稳定性,使得其能够应用于工业废水处理领域。主要的研究内容有:(1)以R基带有羟基的L-苏氨酸和L-酪氨酸为螯合物改性剂,改变制备条件制备出一系列的L-苏氨酸改性蒙脱石(Thr-Mt)和L-酪氨酸改性蒙脱石(Tyr-Mt)。通过金属离子吸附量对比实验和结构表征,确定最佳的制备条件为:改性溶液pH=5,苏氨酸和酪氨酸的改性用量分别达到214.43 mg(1.0 CEC)和195.68 mg(0.6 CEC),所制得的Thr-Mt-1.0和Tyr-Mt-0.6具有最佳吸附性能。(2)对各系列改性蒙脱石进行XRD,FTIR和Zeta电位表征分析,证实L-苏氨酸和L-酪氨酸作为改性剂已经成功进入层间结构,且改性过程没有破坏蒙脱石的基础结构,层间距的大小顺序为:Thr-Mt-1.0(1.54 nm)>Tyr-Mt-0.6(1.52 nm)>Na-Mt(1.23nm)。不同氨基酸改性蒙脱石的比表面积均得到一定程度的提升,同时SEM证实了蒙脱石微观形貌的改变,Thr-Mt和Tyr-Mt的Zeta电位结果表明氨基酸的引入改变了蒙脱石表面的电荷性质。(3)以Na-Mt作为参考,同Thr-Mt-1.0和Tyr-Mt-0.6对水溶液中的Pb2+或Cu2+进行单离子体系吸附实验。探究溶液pH、初始浓度C0、接触时间t和溶液温度T对吸附效果的影响,结果显示最短的吸附平衡时间为20 min,此外溶液pH和C0对吸附量具有显著影响,Thr-Mt-1.0和Tyr-Mt-0.6对Pb2+(Cu2+)的最大吸附量分别能达到120.44(30.1)mg L-1和115.65(30.5)mg L-1,苏氨酸由于具有螯合能力更强的醇羟基而使得Thr-Mt的吸附能力优于Tyr-Mt。三种吸附剂对Pb2+(Cu2+)的吸附过程均为自发吸热过程,其符合伪二级动力学方程,拟合最佳的吸附等温线为Langmuir吸附模型,说明改性原料(Na-Mt)一定程度上决定了吸附剂的吸附模型。(4)将不同氨基酸改性蒙脱石置于各类酸性环境下进行脱附实验,证实了层间氨基酸能有效增加了吸附材料的吸附稳定性。Pb2+和Cu2+组成的双离子体系共吸附实验中,本课题发现不同金属离子之间存在着竞争吸附。最后本课题使用实际电镀废水作为离子源,用Thr-Mt-1.0对其进行吸附处理,通过实验得出较为经济实用的吸附剂投加用量为8.6 g L-1
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