凹凸棒粘土/碳复合材料的制备及其水污染处理应用初步研究

【摘要】：近年来随着经济的飞速发展,我国水污染问题日益严重。其中,工业废水是主要的污染源,它具有组成较为复杂、面广、污水量大、含污染物质多等特点,并且一些有机物和重金属离子等污染物毒性很大,处理起来较为困难。然而,现在一些常规的处理工艺,如活性碳吸附法、生物处理技术、膜分离技术、化学氧化法等方法已经远远不能有效满足水处理的要求。因此,开发研究新的多功能的工业废水处理技术和廉价的新材料,已经成为一个非常重要和迫切的新课题。粘土矿物吸附剂尤其是凹凸棒粘土吸附剂是目前国内外都重点研究的的新型廉价吸附材料。采用凹凸棒粘土吸附剂在工业废水处理中具有成本较低、处理效果好、再生简单等优点,具有十分广阔的发展和应用前景。 餐厨垃圾废水中含有丰富的碳水化合物、糖类、脂类和粗蛋白等有机物,它是城市生活垃圾有机相的主要组成成分,占有机生活垃圾的40%至60%左右。餐厨废水的主要特性有含水率较大、有机成分含量高和极易腐烂发臭等,因此,餐厨垃圾废水既是一种需要处理的污染物,更是一种可以回收重复利用的资源。 凹凸棒粘土因其自身优异的结构和性能在工业废水处理中有广泛的应用。但凹凸棒粘土亲水性很强,亲有机性能却较弱。目前的有机改性方法成本都较高,且对环境存在一定的污染和破坏。本论文通过将凹凸棒粘土有机改性制备凹凸棒粘土/碳复合材料,使其能够高效吸附和去除水中溶解性微量有机污染物以及有毒重金属离子,并通过各种表征技术手段(电镜、红外、X射线衍射等)着重研究水热方法及制备条件对复合材料制备及复合材料的结构、表面性质和吸附性能的影响。具体为通过水热合成反应,分别以廉价的低品位凹凸棒粘土和蔗糖作为原料制备凹凸棒粘土/碳复合材料Ⅰ,以高品位凹凸棒粘土和经过初步处理的餐厨废水制备凹凸棒粘土/碳复合材料Ⅱ,使其成为具有优良吸附性能的多功能材料,并利用获得凹凸棒粘土/碳复合材料对模拟废水进行处理。 结构分析结果表明,碳以无定形碳的形态包覆在凹凸棒晶体表面；材料中出现了有机官能团-CH、-C=C-和-C=O等有机基团,使得其亲有机性能有很大程度上的提高。在水热反应中,反应时间、反应温度、溶液pH值和凹凸棒粘土与碳源的质量比等工艺条件均对凹凸棒粘土/碳复合材料的吸附性能有很大的影响。 模拟吸附实验表明,复合材料Ⅰ对浓度5mg/L的苯酚的吸附率达到79%以上,是原低品位凹凸棒石的9.16倍,对浓度100mg/L的Cr6+的吸附率达到99.5%以上,达到国家排放标准,是原低品位凹凸棒粘土的14.14倍。凹凸棒/碳复合材料Ⅱ对浓度5mg/L苯酚的吸附率为75.4%,明显高于原高品位凹凸棒粘土对苯酚的吸附率9.08%,是凹凸棒的8.26倍；对浓度100mg/L的Cr6+的吸附率为99.4%,明显高于凹凸棒粘土对浓度100mg/LCr6+的吸附率20.72%,是凹凸棒的4.80倍。说明经过改性的凹凸棒粘土/碳复合材料对水中溶解性微量有机污染物以及有毒重金属离子的吸附性能有了较大的提高,适合用来处理成分复杂的工业废水。同时,固液比、溶液pH值、溶液初始浓度等因素都对吸附效果有很大的影响。凹凸棒石/碳复合材料对苯酚和Cr6+的吸附均较好的符合Langmuir吸附模式,说明其吸附过程均是单分子层的表面吸附。 【关键词】：凹凸棒石 蔗糖 餐厨废水 水热法 苯酚 Cr~(6+)
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X703
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-25
• 1.1 凹凸棒粘土的基本性质及其环境应用研究10-20
• 1.1.1 凹凸棒粘土的基本性质10-15
• 1.1.2 凹凸棒粘土国内外环境应用研究15-20
• 1.2 餐厨垃圾废水的简单介绍20
• 1.3 含酚废水及含铬废水治理方法比较及研究进展20-24
• 1.3.1 含酚废水治理方法比较及研究进展20-23
• 1.3.2 含铬废水治理方法比较及研究进展23-24
• 1.4 本课题的研究目的、内容及意义24-25
• 第二章 凹凸棒粘土/碳复合材料的制备与结构表征25-37
• 2.1 实验材料与方法25-28
• 2.1.1 主要实验材料与试剂25
• 2.1.2 凹凸棒粘土/碳复合材料的制备方法25-26
• 2.1.3 凹凸棒粘土/碳复合材料的制备26-27
• 2.1.4 凹凸棒粘土/碳复合材料的结构表征27
• 2.1.5 苯酚吸附实验27-28
• 2.1.6 Cr6+吸附实验28
• 2.2 实验结果与分析28-35
• 2.2.1 产物现象分析28-29
• 2.2.2 分析表征29-32
• 2.2.3 凹凸棒粘土/碳复合材料1对苯酚吸附试验结果32-33
• 2.2.4 凹凸棒粘土/碳复合材料1对Cr~(6+)吸附实验结果33-34
• 2.2.5 凹凸棒粘土/碳复合材料2吸附实验结果34-35
• 2.3 本章小结35-37
• 第三章 凹凸棒粘土/碳复合材料对含酚废水吸附性能的研究37-49
• 3.1 实验部分37-38
• 3.1.1 凹凸棒/碳复合材料的吸附性能测试37
• 3.1.2 苯酚浓度分析方法37-38
• 3.2 实验结果与分析38-48
• 3.2.1 凹凸棒粘土/碳复合材料1对含酚废水吸附性能研究38-43
• 3.2.2 凹凸棒粘土/碳复合材料2对含酚废水吸附性能研究43-48
• 3.3 本章小结48-49
• 第四章 凹凸棒粘土/碳复合材料对含铬废水吸附性能的研究49-60
• 4.1 实验部分49-51
• 4.1.1 凹凸棒/碳复合材料的吸附性能测试49-50
• 4.1.2 Cr~(6+)浓度分析方法50-51
• 4.2 实验结果与分析51-59
• 4.2.1 凹凸棒粘土/碳复合材料1对含铬废水吸附性能研究51-54
• 4.2.2 凹凸棒粘土/碳复合材料2对含铬废水吸附性能研究54-59
• 4.3 本章小结59-60
• 第五章 结论与展望60-62
• 5.1 结论60
• 5.2 进一步工作的展望60-62
• 参考文献62-67
• 附图67-68
• 致谢68-70

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