玉米秸秆/蒙脱土纳米复合材料的制备及对水中Pb~(2+)的吸附性能研究

【摘要】：我国是农业大国，农作物秸秆是农业生产过程中的最大副产物，其中玉米秸秆占中国农作物秸秆的较大比例。而相当一部分的玉米秸秆(CS)则被低值利用，既对资源造成了浪费，又污染了环境。我国蒙脱土(MMT)的储量位居世界第二，由于蒙脱土具有膨胀性、吸附性、阳离子交换性等基本性质，且其来源广泛、价格低廉，因此蒙脱土已在石油、建筑、污水处理等多个领域得到了广泛应用，并且蒙脱土作为吸附材料已成为科学研究的热点。本研究就是通过阳离子聚合体采用插层法对蒙脱土进行改性来作为水处理吸附剂，就其制备工艺及结构性能进行探究和表征；将所制备的纳米复合材料用于吸附处理含Pb~(2+)模拟废水，就其吸附影响因素进行探讨，所得研究结果如下： (1)最佳制备条件为：玉米秸秆/蒙脱土(CS/MMT)纳米复合材料的最佳制备条件为：复合反应温度为室温，复合反应时间为4h，NaOH溶液的质量浓度为8%，CS与MMT的掺杂比例为1:1；醚化玉米秸秆/蒙脱土(ECS/MMT)纳米复合材料的最佳制备条件为：复合反应温度为60℃，复合反应时间为6h，ECS与MMT的掺杂比例为1:1。 (2)表征结果表明：CS(ECS)大分子插层进入到了MMT的片层结构中，使MMT的晶格结构遭到破坏，并在MMT的层间域发生了配位络合反应，形成了有利于对Pb~(2+)离子吸附的插层聚合型纳米复合材料，且所制备CS/MMT(ECS/MMT)纳米复合材料的粒径远小于MMT。 (3)对CS、MMT、CS/MMT和ECS/MMT纳米复合材料吸附性能的对比，相同条件下CS/MMT纳米复合材料吸附量高于CS及MMT原样，且达到吸附平衡的时间大大缩短；发现ECS/MMT纳米复合材料的吸附性能优于CS/MMT纳米复合材料。 (4)吸附剂对Pb~(2+)的Langmuir和Freundlich吸附等温方程拟合结果发现：CS与MMT的热力学吸附过程可以用langmuir吸附等温式描述，表明CS与MMT吸附热和活化能较大，选择性较强，多为单分子层吸附，吸附速度较慢。而CS/MMT和ECS/MMT纳米复合材料吸附等温曲线既符合Freundlich，又符合Langmuir吸附规律，显示该吸附体系是以物理吸附为主、兼有化学吸附。从吸附状态看，属多层吸附。由平衡参数RL的值可以得出ECS/MMT纳米复合材料对Pb~(2+)的吸附易于进行的结论。 (5)对吸附热力学进行研究发现，随温度的升高吸附剂的吸附量增大，吸附过程属于自发且吸热反应，固-液界面随温度的升高混乱度增大。 (6)由吸附剂对溶液中Pb~(2+)的Lagergren一级和准二级吸附速率方程的参数可见，吸附剂可用准二级吸附速率方程来描述，表明该吸附过程属于吸热过程。 【关键词】：玉米秸秆 蒙脱土 醚化 纳米复合材料 吸附
【学位授予单位】：内蒙古师范大学
【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10-21
• 1.1 重金属10-12
• 1.1.1 重金属的来源及特点10
• 1.1.2 重金属的研究热点10-11
• 1.1.3 铅的危害11-12
• 1.2 农业秸秆12-14
• 1.2.1 农业废弃物(Agricultural Residue)概述12-13
• 1.2.2 农业秸秆的组分13-14
• 1.2.3 农业秸秆的利用及研究现状14
• 1.2.4 农业秸秆的利用现状14
• 1.3 蒙脱土14-19
• 1.3.1 粘土矿物概述14-15
• 1.3.2 蒙脱土的结构及组成15-16
• 1.3.3 蒙脱土的基本性质及吸附机理16
• 1.3.4 蒙脱土吸附材料去除废水中重金属离子的优越性及应用16-17
• 1.3.5 蒙脱土的常用改性方法及研究进展17-19
• 1.4 研究目的、意义及内容19-21
• 1.4.1 研究目的及意义19
• 1.4.2 研究内容19-21
• 第二章 实验试剂、仪器及材料21-23
• 2.1 实验试剂21
• 2.2 实验仪器21-22
• 2.3 实验材料22-23
• 第三章 玉米秸秆/蒙脱土(CS/MMT)纳米复合材料的研究23-38
• 3.1 实验方法23-24
• 3.1.1 CS/MMT 纳米复合材料的制备23
• 3.1.2 CS/MMT 纳米复合材料的表征23
• 3.1.3 吸附实验及吸附过程的研究23-24
• 3.2 结果与讨论24-36
• 3.2.1 制备条件对 CS/MMT 纳米复合材料吸附量的影响24-27
• 3.2.2 CS/MMT 纳米复合材料的表征27-30
• 3.2.3 CS/MMT 纳米复合材料吸附性能的研究30-36
• 3.3 本章小结36-38
• 第四章 醚化玉米秸秆/蒙脱土(ECS/MMT)纳米复合材料的研究38-53
• 4.1 实验方法38-39
• 4.1.1 ECS/MMT 纳米复合材料的制备38-39
• 4.1.2 ECS/MMT 纳米复合材料的表征39
• 4.1.3 吸附实验及吸附过程的研究39
• 4.2 结果与讨论39-51
• 4.2.1 制备条件对 ECS/MMT 纳米复合材料吸附量的影响39-41
• 4.2.2 ECS/MMT 纳米复合材料的表征41-44
• 4.2.3 ECS/MMT 纳米复合材料吸附性能的研究44-51
• 4.3 本章小结51-53
• 第五章 总结与建议53-57
• 5.1 总结53-55
• 5.1.1 CS/MMT 纳米复合材料的研究53-54
• 5.1.2 ECS/MMT 纳米复合材料的研究54-55
• 5.2 建议55-57
• 参考文献57-60
• 致谢60-61
• 附录 攻读硕士学位期间发表论文及参与项目情况61

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