凹凸棒土表面改性的研究毕业设计VIP

XXX 毕业设计说明书（论文）第 1 页前言无机粘土矿物在自然界储量丰富，有着复杂、可控、可有效改造的结构特征和相应的物化特性，具有环境修复，环境净化和环境替代等功能，作为吸附剂在废水处理中有着独特的作用。目前这类吸附剂尚处于试验研究阶段，人们研究的粘土矿物类吸附剂主要有膨润土、沸石、硅藻土、高岭土、凹凸棒土等。其中，凹凸棒土是一种多孔型链层状含水富镁铝硅酸盐类矿物，主要的化学成分是SiO 2。凹凸棒土轻质多孔，比表面积大，是热、电、声的不良导体，熔点及化学稳定性高，通常其颗粒表面带有电荷，因此可用于吸附各种金属离子、有机化合物及高分子聚合物等；另一方面，凹凸棒土资源丰富，价格便宜，使得它有可能成为一种高效廉价的吸附剂。然而，天然凹凸棒土矿物原料的吸附性能较差，不能有效去除印染废水中的染料，因此，需要通过改性来进一步提高它的染料吸附性能。壳聚糖是一种阳离子型的生物吸附剂，来源于甲壳素脱乙酰基后的产物。由于表面具有大量的氨基和羟基，它对阴离子型污染物具有很好的吸附能力，但成本较高，机械性能差，在强酸强碱溶液中会被溶解掉，不利于在实际中应用。凹凸棒土是具有一维结构的层链状的铝镁硅酸盐，在我国储量丰富，容易开采，并且比蒙脱土和其他矿物更廉价，但是实际应用中它主要是用作饲料和肥料。由于凹凸棒土具有较大的比表面积和较强的阳离子交换能力，它也可以用来吸附去除水中的重金属和有机污染物。不过由于四面体结构中存在同型替换，凹凸棒土表面带有永久负电荷，对带负电荷的或中性的污染物的吸附效果不理想。因此把壳聚糖负载到凹凸棒土表面上，既能减少壳聚糖的用量，降低成本，又能提高壳聚糖的机械性能和凹凸棒土的吸附能力，使吸附剂具有潜在的应用价值。XXX 毕业设计说明书（论文）第 2 页目录前言 .1目录 .2摘要 .4Abstract.5第一章 绪 论 .71.1 染料与染料废水处理技术 .71.2 吸附剂研究进展 .101.3 改性凹凸棒土在水处理中的应用与研究 .111.3.1 凹凸棒土概述 .111.3.2 凹凸棒土的吸附性能 .121.3.3 凹凸棒土的改性方法 .131.3.4 改性凹凸棒土吸附去除水中的污染物的研究现状 .151.4 立题意义与主要研究内容 .15第二章 盐酸纯化凹凸棒土的研究 .162.1 实验仪器与药品 .162.2 主要试剂 .162.3 试验方法 .172.3.1 储备液配制 .172.3.2 吸附剂的纯化 .172.3.3 纯化结果表征 .182.4 结果与讨论 .192.4.1 活性紫的最大吸收波长 .192.4.2 活性紫标准曲线的绘制 .202.4.3 吸附动力学实验 .202.4.4 红外表征 .21第三章 壳聚糖对凹凸棒土改性研究 .243.1 实验材料与试剂 .243.2 实验仪器与设备 .253.3 实验方法 .253.3.1 改性 .253.3.2 表征 .253.4 结果与讨论 .26第四章 结论 .284.1 本文所取得成果 .284.2 创新点 .294.3 展望 .30参考文献 .30致谢 .33XXX 毕业设计说明书（论文）第 3 页摘要我国拥有大量优质、廉价、易开采的凹凸棒土资源，由于凹凸棒土具有很大的比表面积、较强的阳离子交换能力，并且表面带有剩余负电荷，故常常用它吸附去除水中的重金属和阳离子型污染物，但是凹凸棒土对阴离子型污染物的吸附效果较差，对重金属离子的吸附通常是无选择性的，会受到水中阳离子的干扰，而且天然凹凸棒土里存在一些杂质。为了提高凹凸棒土的吸附能力，本论文根据污染物的特点制备出一系列的改性凹凸棒土，对材料进行了表征，并研究了其对两种不同污染物的吸附行为，探讨了可能的吸附机理，主要内容如下：（1）用凹凸棒土原土对活性紫染料废水进行脱色；（2）用 5%盐酸处理后的凹凸棒土对活性紫染料进行吸附试验研究，考察凹凸棒土对活性紫染料脱色效果；（3）对经 5%盐酸处理后凹凸棒土，用一定适量的壳聚糖进行表面改性，考察其对活性紫染料的脱色效果；（4）用红外表征改性前后凹凸棒土研究结果表明：1、在 25下，活性紫溶液体积 50ml，浓度 20.00mg/L，吸附时间 24h，吸附剂用量 1.0g，单独使用凹凸棒土原土处理活性紫染料废水的脱色效果一般，去除率只有 22.32%；凹凸棒土进行 5%盐酸改性后，对染料废水脱色率有了提高，同等条件下，去除率达到 39.48%；通过 5%盐酸酸活化得到酸化凹凸棒土 (ATP)，再把壳聚糖负载到 ATP 的表面上制备出壳聚糖改性的凹凸棒土，对活性紫染料去除率能达到 76.02%；2、凹凸棒土经不同表面改性后其对活性紫染料废水去除率显著提高，不同改性其去除率不同，其分子结构也发生改变，并且其改性方法简单，成本较低，有很大的应用前景；3、壳聚糖改性凹凸棒土达到最大吸附时有最佳比例，不是比例越大越好。XXX 毕业设计说明书（论文）第 4 页关键词：改性凹凸棒土；吸附；去除；活性紫；壳聚糖；AbstractIt is noteworthy that there are large high-quality reserves of attapulgite clay in China. Attapulgite is commonly used as sorbents for removing heavy metal ions and organic cationic contaminants， owing to its large specific surface area， cation exchange capacity， and the permanent negative charges on its surface resulted from the isomorphic substitutions in the tetrahedral layer. Nevertheless，Attapulgite has low affinity to negatively charged or neutrall contaminants， and the non-selective sorption of metal ions on attapulgite is usually affected by the coexisting cations to a large extent. Moreover， there are some impurities in the natural attapulgite. In this study， the natural attapulgite was modified by different ways to improve the adsorption capacity of different contaminants， and the structure and surface of the materials were characterized. The sorption behaviour and possible mechanisms of the modified attapulgites for the four contaminants were also studied. The main results obtained are as follows:(1) using attapulgite raw soil for decolorizing reactive violet dye wastewater；(2) after treated with 5% hydrochloric acid attapulgite on reactive violet dye adsorption experiments， a research on the attapulgite reactive violet dye decolorization effect；(3) on attapulgite treated with 5% hydrochloric acid， with a certain amount of chitosan on the surface modification， the investigation on the activity of purple dye decolorization effect；(4) Using infrared characterization and modified attapulgiteThe research results show that ：1. At 25，reactive violet solution volume 50mL，concentration of 20.00 mg/XXX 毕业设计说明书（论文）第 5 页L，and adsorption time of 24 h，adsorbent amount is 1.0 g， the single use attapulg-ite raw soil the decolorizing reactive violet dye wastewater treatment effect is general. The removal rate was only 22.32%；When it is modified with 5%hydrochloric acid， the rate of decolorization of dye wastewater has been impr-oved. At the same condition，the removal rate reached 39.48%；Acidification is obtained by 5% hydrochloric acid activated attapulgite (ATP)，then the chitos-an load onto the surface of the ATP preparation of chitosan modified attapulgite，the activity of purple dye removal rate can reach 76.02%； 2.When the attapulgite under different surface modification on the activity of purple dye waste water removal rate increased significantly， different modified its removal rate， its molecular structure is changed， and the modified method is simple，low cost，has a great application prospect；3.Chitosan modified attapulgite reached maximum adsorption best proportion， not the greater the ratio，the better.Keywords: modified attapulgites；sorption；removal；reactive violet；chitosanXXX 毕业设计说明书（论文）第 6 页第一章 绪 论1.1 染料与染料废水处理技术染料绝大部分是有色的有机化合物，它们大多可溶于水，主要用于各种天然纤维如棉、毛、丝、麻及各种化学纤维的染色和印花；在造纸、塑料、皮革、食品、化妆品以及彩色照相等方面的应用也相当广泛。染料可以吸收和反射400-700 nm范围的可见光，染料呈色就是由于它选择吸收了白光中一定波长的光波而显出被吸收光波的补色的缘故。目前全球染料年产量超过700万吨，所有的染料品种已经超过l0 万种，经常生产的染料有2000种以上，至于每年研究的新品种更不胜其数。在众多的染料品种中偶氮染料是合成染料中为数最多的品种，它包括酸性、媒染、活性、阳离子、中性染料、分散染料等，占有机染料的80%，种类齐全。绝大部分偶氮染料是芳香胺类物质经重氮化后与酚类、芳香胺类、具有活性的亚甲基化合物偶合而成，其化学性质稳定。偶氮染料废水成份复杂、色度高、可生化性差，迄今为止国内外尚无经济有效的治理方法。本文以活性紫染料废水为表征材料，探究改性前后对活性紫染料废水脱色吸附研究，以下介绍目前工业废水脱色方法的优缺点和染料废水的处理方法。XXX 毕业设计说明书（论文）第 7 页表 1-1 目前工业废水脱色方法的优缺点方法 优点 缺点Fentons 试剂氧化 对可溶、不可溶染料脱色效果都好 产生污泥臭氧氧化 以气态应用、不改变容量 半衰期短（20mim）光化学 不产生污泥 有副反应NaOCl 氧化 引发、加速染料偶氮键裂解 产生芳香胺化合物Cucurbituril 吸附 对各种染料都有高吸附量 成本高点解 分解产物无害 电力成本高活性炭 对各种染料都能有效去除 非常昂贵泥煤/泥炭 有蜂窝状结构，是优良吸附剂 吸附比表面积很低木屑 对酸性染料有高吸附量 需要很长的保留时间硅胶 对碱性（阳离子）染料有效 副反应限制了商业应用膜过滤 能去除所有类型的染料 产生浓缩污泥离子交换 再生后不损失吸附剂 不能用于所有染料辐射 实验室小试有有效的氧化作用 需要大量的溶解氧混凝 经济上合算 产生大量污泥表 1-2 染料废水的处理方法类别 处理方法 主要作用物化法吸附、过滤、离子交换、磁分离、膜分离、气浮、萃取处理过程中既有主要分离废水中悬浮态污染物的物理作用，又有与污染物起反应的化学作用。化学法混凝/絮凝、点解、化学氧化、中合法、辐射法利用化学反应（如氧化）的作用来分离、分解各种污染物。XXX 毕业设计说明书（论文）第 8 页生化法活性污泥、氧化沟、生物塘法、生物膜、厌氧接触利用以有机物为食料的微生物分解代谢作用，使有机污染物转化为无害的物质。染料作为一种结构稳定的有机化合物，根据使用需要必须不易褪色，并具有耐光照、耐汗渍、抗酸、抗碱、抗氧化及抗微生物特性，这就使得排放的染料废水难于脱色，而且在坏境中有较长的滞留期。染料废水通常上属于含有难生物降解物质和色度较深的有机废水，而且各种企业排放的有色废水所含污染物、染料性质也不完全相同，处理方法也不能完全相同。目前，国内外研究的染料废水脱色方法非常多，但其脱色机理无非可以归为两类：一是通过媒介富集有机染料再分离后予以去除；一是破坏染料分子的结构，以达到降解和脱色的目的：对各种处理方法进行分类，大致可分为物化处理法、化学处理法和生化法三大类，分类结果如表1-2所示 1-2。到目前为止，各种脱色方法从经济性、技术性、对环境影响和实用性考虑都有各自的优缺点，因此，在实际应用中一般是多种工艺的结合。TRobinson等 18比较、总结了几种常用染料废水脱色方法的优点和缺点，如表1-1所示。1.2 吸附剂研究进展吸附法是利用多孔性吸附剂的表面吸附废水中污染物的方法。它可以去除废水中生化法难于降解的有机物或用一般氧化法难于溶解的有机物，包括硝基取代的芳烃化合物、杂环化合物、洗涤剂、合成染料等；吸附法是目前工业上处理印染废水的主要方法之一，具有操作简单、占地少、效果好等优点。目前，国内外研究的吸附剂种类很多，下面重点介绍各种吸附剂去除废水中染料的研究进展。（1）活性炭在所有的吸附剂中，活性炭是最常用的水处理用吸附剂，包括粒状活性炭、粉状活性炭和活性炭纤维等。采用活性炭可以有效去除废水中的活性染料、碱性染料、偶氮染料；对于水溶性的染料，吸附速率快，脱色效果好，但由于易于饱和，不宜用于高浓度废水处理；对于不溶性染料，由于它们的溶解度低，故吸附时间很长，活性炭对它们几乎完全不能吸附或很少吸附。目前世界活性炭产量约70万吨，其中5060用于水处理 3。XXX 毕业设计说明书（论文）第 9 页另一方面，近年来很多科学家通过对活性炭吸附过程的进一步深入了解，在吸附机理和活性炭预处理技术方面都取得了很大的进展 4。如M Walker 等 5研究了3种酸性染料在活性炭上的吸附行为，发现只有14的比表面积发挥了吸附作用，一方面原因是由于存在多分子层的吸附，另一方面原因是活性炭中很多微孔孔径太小，不能吸附染料大分子。（2）粘土矿物类吸附剂天然矿物资源丰富，在价格上比活性炭有很大优势，许多文献报道了各种粘土矿物对染料废水的应用研究。国内的李方文等 6采用提纯与酸改性后的海泡石对染料废水进行了处理，结果显示COD去除率达到80以上，SS去除率与脱色率均在90以上。近年来，国外的研究者在各种天然粘土矿物对染料的吸附上做了大量的研究工作，结果显示天然粘土矿物对于阴离子和阳离子型的染料都具有较强的吸附作用。除此之外，对于无机矿物颗粒与染料之间发生的离子吸附作用机制，人们也做了许多的探索；一般来说，无机粘土矿物类吸附剂的表面带有一定量的负电荷，因此它们对阳离子染料的吸附容量要大于酸性染料；在染料吸附过程中，主要是一种离子交换过程，这意味着整个体系的pH 值会对吸附容量产生较大的影响。粘土矿物类吸附剂经过改性后将是一种比较有前途的吸附剂。目前该类吸附剂的研究多限于实验室范围，廉价、高效粘土吸附剂产品的开发和工业化生产及其在废水处理中的应用是以后研究的重点，使用后废弃物的处置问题也应予以考虑。（3）树脂吸附剂20世纪后期，随着结构改良的离子交换树脂、吸附树脂和复合功能树脂的成功研制，树脂吸附法被广泛应用于化工废水的治理与资源化。在染料废水处理方面，陆朝阳等 7及余颖等 8分别针对分散蓝NKF 、活性艳蓝KNR两种不同的染料废水，合成出具有不同物理化学