改性海泡石对水体中cu2+、cd2+、cr3+的吸附特性及机理研究

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1、学校代码10530学号201510151604分类号X703密级公开硕士学位论文2+2+改性海泡石对水体中Cu、Cd、3+Cr的吸附特性及机理研究学位申请人肖俊杰指导教师刘云副教授学院名称环境与资源学院学科专业环境科学与工程研究方向环境功能材料二零一八年六月八日TheadsorptioncharacteristicsandmechanismofCu2+、Cd2+、Cr3+onmodifiedsepioliteCandidateJunjieXiaoSupervisorAssociateProfessorYunLiu

2、CollegeCollegeofEnvironmentandResourcesProgramEnvironmentalScienceandEngineeringSpecializationEnvironmentalFunctionalMaterialsDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune8th,2018湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的

3、内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期

4、：年月日导师签名：日期：年月日摘要重金属污染主要是由重金属或其化合物引起的环境污染，是一类主要的环境污染物。重金属具有不可生物降解、毒性大和持久存在等特点，不仅会破坏生态环境，还会危害人类的健康，因而受到全世界的高度关注。吸附法是一种可以广泛应用的、可行的、环境友好的技术，而吸附剂的成本往往是实际废水处理中的关键因素之一。粘土矿物由于其储量大，廉价，并且具有较大的比表面，多孔性和一定的阳离子交换能力，常被选用作吸附剂。海泡石是天然粘土矿物的一种，由于湘潭市海泡石储量丰富、价格便宜，且海泡石本身具有一定的重金属吸附

5、能力，因此本文选用海泡石作为改性对象，并对其形貌结构、性能、吸附机理等进行了系统的研究，主要的研究结果如下：（1）采用水热合成法分别将聚合羟基铁、3-磺丙基十六烷基二甲基铵(Z16)及其两者混合试剂对海泡石原矿进行了改性处理，得到无机改性海泡石（ISP）、有机改性海泡石（OSP）及有机无机复合改性海泡石（IOSP），同时采用傅里叶红外光谱分析（FTIR）、X射线衍射分析（XRD）、电子扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、Zeta电位等表征手段对以上材料进行了表征。结果表明，经聚合羟基铁改性后的海泡石晶

6、形结构发生了一定变化，聚合羟基铁进入海泡石的层间结构中，从而增大了海泡石孔体积和比表面积；3-磺丙基十六烷基二甲基铵对海泡石则主要以表面负载为主，经其改性后的海泡石较其原矿等电点有较大程度的降低，因而可增加其对金属阳离子的潜在吸附点位；而有机无机改性兼具两种的特点。（2）采用以上改性海泡石及海泡石原矿对水体中Cu2+、Cd2+、Cr3+的单一吸附性能进行了研究，评价了影响其吸附性能的主要影响因素。研究结果表明经不同方法改性后的海泡石对三种金属的吸附能力均大于海泡石原矿，且其吸附能力大小顺序为：IOSP＞ISP＞O

7、SP＞SP。单因素影响实验表明溶液的初始pH值、吸附时间、吸附剂投加量与三种重金属的吸附去除率成正比，而初始浓度与其吸附去除率成反比。在实验所确定的最优条件下，吸附能力最强的IOSP对Cu2+、Cd2+、Cr3+的最大吸附量分别可达到45.32mg/g、37.76mg/g、36.90mg/g。同时，本文还就IOSP对三种重金属的吸附机理进行了初步探讨，表明其对金属阳离子的吸附作用存在非特异性的静电吸附、离子交换及特异性的配位吸附的共同作用。（3）研究了改性前后海泡石对多元重金属的竞争吸附性能，研究结果表明改性前后

8、的海泡石对不同金属的亲和力相差较大，且其选择吸附顺序一致，均表现为Cu2+＞Cr3+＞Cd2+。这主要是因为三种重金属中Cu2+水合能最小，其在吸附I过程中最容易脱去表面结合水而解离为自由离子，因而与海泡石的结合能力最强，而Cr3+相比Cd2+具有更高的电荷密度，因而Cr3+与表面带负电的海泡石结合能力要大于Cd2+。关键词：重金属；吸附；改性海泡石；吸附能力；竞争吸附I