凹凸棒石的改性及其对水中氟的吸附特性研究

来源:中国凹凸棒土网    10-26 21:42
本文研究了铝盐改性凹凸棒石,以提高了其吸附除氟能力。先通过单因素和正交实验得出硫酸铝硝酸铝氯化铝单改性凹凸棒石最佳条件,再根据单改性最优条件设计了多组正交实验进一步提高吸附量,最后选择出两组最优的九因素四水平的正交实验,比较得出Al2(SO4)3-AlCl3-Al(NO3)3最优。通过进行静态吸附试验,对于改性凹凸棒石对于水中F的吸附特性进行研究,综合考虑了投加量,pH和阴离子对于吸附的影响。利用BET、SEM、XRD、XRF等检测方法对改性凹凸棒石进行表征。主要研究结果如下:
(1)经过静态吸附试验进行单因素实验和正交试验,得到Al2(SO4)3改性凹凸棒石的最佳改性条件是:Al2(SO4)3浸泡浓度0.05mol/L、浸泡时间2h、浸泡固液1∶3。AlCl3改性凹凸棒石的最佳改性条件是:AlCl3浸泡浓度0.2mol/L浸泡3h,浸泡固液比为1∶2。Al(NO3)3改性凹凸棒石的最佳改性条件是Al(NO3)3浸泡浓度为0.2mol/L4h固液比1∶2。
(2)三种铝盐单改性凹凸棒石都可以用二级动力学模型描述。三种不同温度下,改性凹凸棒石对于氟的吸附都是有快到慢逐渐达到吸附平衡,且随着温度的提高,平衡吸附量提高。且都符合Langmuir等温线。根据拟合结果,25℃下Al2(SO4)3.AlCl3,Al(NO3)3极限吸附容量分别为0.8302mg/g,0.3977mg/g,0.8361mg/g对比未改性的0.0946mg/g。吸附效果得到明显提高。
(3)但是为了进一步提高铝盐改性凹凸棒石的吸附能力,进行了两两和三多组复合对比试验,最后得出Al2(SO4)3-AlCl3-Al(NO3)3复合改性凹凸棒石。复合改性的最优条件为Al2(SO4)3浓度0.05mol/L、浸泡时间2h、固液比1∶3,AlCl3浓度0.4mol/L、浸泡时间5h、固液比1∶2,Al(NO3)3浓度0.2mol/L、浸泡时间6h、固液比1∶2。复合改性的凹凸棒石吸附容量达到1.317mg/g,是改性前的13.9倍,吸附容量比单一改性显著提高。复合改性的凹凸棒石对水中氟的吸附动力学符合拟二级动力学模型,6h对于氟的吸附达到平衡,吸附等温线更符合Langmuir等温吸附规律,分离因子RL在0.702和0.8173之间的有利吸附,吸附最佳pH为7。
(4)通过机理分析,BET结果可以看出改性凹凸棒石的比表面积明显提高,因为Al2(SO4)3弱酸性溶解堵塞其孔道中的杂质使它得以畅通,增加了孔容比表面积和吸附点,Al2(SO4)3改性的凹凸棒石与未改性凹凸棒石相比比表面积明显提高。铝盐复合改性过程中比表面积与未改性变化不大,说明凹凸棒石的除氟能力不是完全和比表面积相关。吸附氟离子后孔径变小,SEM图像也表明表面变得更光滑。依据XRD监测结果,复合改性凹凸棒石并没有改变凹凸棒石的晶体结构。

    关键词:
    凹凸棒石 铝盐改性 水环境 氟元素 吸附性能
    作者:
    张彦艳
    学位授予单位:
    安徽农业大学
    授予学位:
    硕士
    学科专业:
    环境工程
    导师姓名:
    李学德
    学位年度:
    2015
    语种:
    中文
    分类号:
    TQ424
    在线出版日期:
    2017年02月11日(万方平台首次上网日期,不代表论文的发表时间)

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