凹凸棒土改性及其用于吸附-超滤水处理工艺研究

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1、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）凹凸棒土改性及其用于吸附‐超滤水处理工艺研究谭婉玲二○一八年五月分类号：学校代号：11845UDC：密级：学号：2111509030广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）凹凸棒土改性及其用于吸附-超滤水处理工艺研究谭婉玲指导教师姓名、职称：王志红教授学科(专业)或领域名称：土木工程学生所属学院：土木与交通工程学院论文答辩日期：2018年5月ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMaster(MasterofE

2、ngineeringScience)ResearchonModificationAttapulgiteanditsApplicationinAdsorption-UltrafiltrationProcessforWaterPurificationMasterCandidate:TanWanlingSupervisor:Prof.WangZhihongMay2018SchoolofCivilandTransportationEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdon

3、g,P.R.China,510006摘要摘要水资源的短缺和水源水质的不断恶化促进了水处理技术的发展。高效低能耗、价廉环保、可再生、无毒害吸附材料的开发，成为吸附技术应用于水处理领域的研究重点。凹凸棒土具有高比表面、优良的吸附性能以及载体属性，因此在水处理领域具有广阔的发展前景。本文以功能化凹凸棒土为手段，以开发廉价易得、绿色高效、性能稳定的环境友好型吸附材料为目的，对天然凹凸棒土进行酸改性预处理，采用溶液插层法和溶胶-凝胶法分别将环境友好型材料壳聚糖、纳米TiO2负载于凹凸棒土，从而制得了TiO2/CTS/ATP，并对其材料特性进行了表征。

4、接着，选取水处理中的代表性污染物—腐殖酸（HA）、刚果红（CR）和六价铬Cr(Ⅵ)为目标污染物，研究改性后TiO2/CTS/ATP对污染物的吸附性能。最后，将TiO2/CTS/ATP作为膜前吸附剂，考察吸附-超滤联用工艺对出水水质和膜污染的影响，拓展改性材料的应用范围。在TiO2/CTS/ATP的制备过程中，通过考察壳聚糖含量、壳聚糖与纳米TiO2的负载顺序、不同改性条件对吸附效果的影响，确定制备TiO2/CTS/ATP的最佳条件为：凹凸棒土原土经3mol/L盐酸活化3h之后，通过溶液插层法负载质量为凹凸棒土的1%的壳聚糖，其次采用溶胶-凝

5、胶法掺入纳米TiO2。通过FT-IR、SEM、EDS、BET、BJH、激光粒度分析、接触角测量和Zeta电位分析等表征手段研究其微观结构和光谱学性能。结果表明，凹凸棒土经过壳聚糖和纳米TiO2的复合改性后，颗粒表面增加了大量氨基和羟基官能团，内部由片层状转变为疏松的多孔结构，BET比表面积增大了20.8倍，孔容增大了4.9倍；组成元素中，Ti和C元素明显增加，表面呈现亲水性，但疏水性较原土有所提高；TiO2/CTS/ATP表面等电点增大为pH=6.28，胶体表面带电更多，扩散层更厚，整个体系相对稳定。考察吸附剂投加量、pH、吸附时间、溶液初

6、始浓度和吸附温度对TiO2/CTS/ATP吸附性能的影响。结果发现，TiO2/CTS/ATP去除HA、Cr(Ⅵ)和CR的最佳投加量分别为1.0g/L、1.0g/L和0.5g/L。在pH=3~10的条件下，TiO2/CTS/ATP对三种典型污染物的均能达到较好的吸附效果，且反应迅速。其吸附过程受到化学吸附与物理吸附方式的综合作用，符合准二级动力学模型与Langmuir吸附等温方程所描述的特征。采用TiO2/CTS/ATP作为吸附剂进行膜前吸附预处理，结合超滤工艺，用于去除水中的HA、Cr(VI)和CR。结果表明，TiO2/CTS/ATP用于膜

7、前预处理，一方面，I广东工业大学硕士学位论文对于三种典型污染物的去除效能显著，提高了出水水质改变了水中颗粒物的特性。另一方面，TiO2/CTS/ATP在吸附HA、Cr(Ⅵ)、CR后形成较大的颗粒，沉积在超滤膜表面，形成孔隙率较大的滤饼层缓解膜污染。超滤膜污染主要是可逆污染，容易通过物理清洗的方式去除，可减小运行成本。可见，TiO2/CTS/ATP是一种适用于超滤膜前预处理的新型吸附材料。关键词：凹凸棒土改性；吸附；腐殖酸；六价铬；刚果红IIABSTRACTABSTRACTRapidurbanizationrequiresefficienta

8、ndeffectivewaterandwastewaterpurificationtechnologytomeettheincreasingwaterdemandandwaste