改性膨润土基吸附剂的制备及对含Pb2+废水的吸附性能研究
随着电池、电气和钢铁等行业的快速发展，产生了大量含有过量Pb2+的废水。这些含Pb2+废水会对人体肾脏、神经系统造成损害。传统的含Pb2+废水处理技术包括膜分离、混凝/絮凝、化学沉淀、离子交换、电化学处理和吸附。其中，吸附法因其效率高、操作简单而被认为是去除废水中重金属的有效手段。工业上经常使用的吸附剂包括活性炭、沸石、粘土和树脂等。膨润土因其成本低廉、分布广泛、比表面积大等诸多优点在废水处理领域被广泛应用。然而，膨润土常常含有方石英和斜发沸石等杂质和吸附能力有限等原因面临着严峻的挑战。因此，需要对膨润土提纯和改性处理以获得具有良好的Pb2+吸附能力的吸附剂。 基于以上的目的，本研究将以低品位钙基膨润土为原料从膨润土的层间、表面及结构进行改性，并从形貌、结构、性能和机理等几个方面深入的进行了分析，获得的主要结论如下: (1)通过将低品位天然膨润土提纯、钠化改性，然后将它们用于吸附水相中的Pb2+。系统研究了溶液初始pH值、吸附时间、初始Pb2+浓度、吸附剂用量和种类对钠化膨润土吸附Pb2+性能的影响。在最佳的吸附条件下，钠化膨润土对Pb2+的最大吸附量可达165.34mg/g。吸附Pb2+过程符合Freundlich模型和准二级动力学模型。吸附过程为吸热过程，是自发可行的。钠化膨润土去除Pb2+的机理包括离子交换、表面羟基官能团捕获、静电吸引和CO32-在孔道中化学沉淀形成PbCC3。经过4次再生循环后，钠化膨润土仍有良好的Pb2+吸附性能。该研究为促进膨润土作为吸附材料的广泛应用给予了技术支持。 (2)通过表面改性膨润土在膨润土表面原位生长ZIF-8,来合成ZIF-8/膨润土复合材料，用于高效吸附废水中的Pb2+。通过XRD、TEM、SEM和EDS表征证明ZIF-8已成功生长在膨润土表面。ZIF-8/膨润土吸附Pb2+的过程比较符合Langmuir模型与准二级动力学模型。经过拟合，其最大吸附量可达336.89mg/g,远远高于ZIF-8(117.78mg/g)和膨润土(85.20mg/g),这归因于ZIF-8和膨润土复合产生的协同效应。吸附机理表明，ZIF-8/膨润土复合材料去除Pb2+的主要途径归因于离子交换、静电吸引和羟基络合。此外，经过3次再生循环后ZIF-8/膨润土仍有良好的Pb2+吸附性能。因此，合成的ZIF-8/膨润土复合材料是去除废水中Pb2+的一个有前景的候选材料。 (3)通过以低品位的膨润和少量铝源作为原料水热合成Na-P沸石。经过水热处理后，含有方石英和斜发沸石杂质的膨润土在NaOH浓度为2mol/L、水热时间6h和水热温度150℃的条件下已经完全转化为Na-P沸石，并将它们用于去除废水中的Pb2+。在最佳吸附条件下，Na-P沸石对Pb2+的最大饱和吸附量为371.07mg/g。吸附Pb2+过程符合Langmuir模型和准二级动力学模型。热力学参数表明了吸热反应和自发性。吸附机理研究表明，Na-P沸石对Pb2+的吸附主要通过离子交换、表面羟基络合和静电吸引三种途径。Na-P沸石作为一种高效吸附剂，具有良好的可再生性与稳定性。这项研究表明，Na-P沸石是工业废水中吸附Pb2+的一个有前景的候选材料。
废水处理;铅离子;吸附剂;膨润土;ZIF-8;吸附性能
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
张现仁;吴登峰
2023
中文
X703.1
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）