论文部分内容阅读
随着合成染料工业的蓬勃发展,随之而来的染料废水大量排放带来的环境问题也日益严重。其中,吸附法作为一种高效环保的染料废水处理方式也得到国内外的广泛研究,因此选择制备出一种合适的吸附剂就显得尤为重要。本论文以廉价的粘土矿物海泡石为原材料,经磁改性和有机改性分别制备了磁性海泡石和有机海泡石,先经磁改性再有机改性制备了 Fe304/CTAB双改性海泡石,对所制备的三种改性海泡石及海泡石原土进行了形貌和结构的表征,并进行了吸附性能和去除机理研究,得到以下结论:(1)海泡石原土、磁性海泡石、有机海泡石和Fe304/CTAB双改性海泡石对刚果红的吸附容量依次增大,分别为:55.07 mg/g、59.20 mg/g、296.80 mg/g和500.27 mg/g;所制备的三种改性海泡石的吸附容量分别是海泡石原土的1.07倍(磁性海泡石)、5.39倍(有机海泡石)、9.08倍(Fe3O4/CTAB双改性海泡石)。(2)经 SEM、TEM、AFM、BET/BJH、XRD、XPS、PPMS、FT-IR 表征分析:SEM结果显示磁性海泡石的表面粗糙,而Fe304/CTAB双改性海泡石的表面变得光滑,形态松散;从TEM的结果可以推断出Fe3O4和CTAB由内而外依次负载在海泡石表面,形成三元复合体系;AFM结果表明CTAB是以阳离子表面活性剂双分子层的形式覆盖在磁性海泡石表面;BET/BJH结果显示:海泡石原土的比表面积是90.1196 m2/g,经磁改性其比表面积增加到138.8833 m2/g(磁性海泡石),再经有机改性其比表面积则减小到65.2057 m2/g(Fe3O4/CTAB双改性海泡石);XRD、XPS、PPMS表征分析证实,通过磁改性已将Fe304引入到海泡石表面;FT-IR表征分析表明,有机改性也已将CTAB引入到海泡石表面。(3)Fe304/CTAB双改性海泡石对刚果红的最佳吸附条件为:T=30℃,M=lg/L,pH=3,t=5h。由吸附动力学的结果表明:Fe304/CTAB双改性海泡石对刚果红的吸附过程与准二级反应动力学的相关性更好;且该吸附反应为放热过程,即低温有利于吸附;经计算得到的活化能为2.38 kJ/mol,表明Fe304/CTAB双改性海泡石对刚果红的吸附具有低活化能的特点,且该吸附反应属于由物理吸附为主控制的过程。由吸附热力学的结果表明:Fe3O4/CTAB双改性海泡石对刚果红的吸附过程与Langmuir模型的相关性更好;证明该吸附反应也为放热过程,同时也符合优惠吸附;经计算表明Fe304/CTAB双改性海泡石对刚果红的吸附反应属于自发的由物理-化学吸附共同控制的过程。(4)在酸性条件下,发现刚果红自身的絮凝作用会促进Fe304/CTAB双改性海泡石对刚果红的吸附和絮凝,从而有效提高对刚果红的去除效果,实验中发现刚果红溶液的初始pH值和初始浓度对去除率的影响较大,随着刚果红溶液的初始pH值从碱性趋于酸性,Fe3O4/CTAB双改性海泡石对刚果红的去除率逐渐增大,实验证实pH=3为最佳pH值(刚果红的去除率达到99%以上);在pH=3的条件下,Fe3O4/CTAB双改性海泡石对中低初始浓度(200-2000mg/L)的刚果红溶液的去除率是从99.92%减少到96.49%(呈负相关),而对高浓度(2000-4500mg/L)的刚果红溶液的去除率则从96.49%增加到99.53%(呈正相关)。(5)Fe304/CTAB双改性海泡石对刚果红的吸附机理为:以静电吸引作用和鳌合作用为主,根据实验数据分析:吸附过程分两步进行,第一步为CTAB的静电吸引作用,将刚果红从溶液中吸附到海泡石的表面,第二步为Fe(Ⅲ)中心与刚果红的磺酸基团(-S03)之间的鳌合作用,使吸附到海泡石表面上的刚果红更稳定。在酸性条件下(如pH=3),Fe3O4/CTAB双改性海泡石对不同初始浓度范围的刚果红溶液的去除机理也是不同的,其中Fe3O4/CTAB双改性海泡石对中低初始浓度(100-2000mg/L)的刚果红溶液以吸附去除为主,絮凝去除为辅;而对高浓度(2000-4500mg/L)的刚果红溶液则以絮凝去除为主,吸附去除为辅。