β-環(huán)糊精改性沸石吸附水中有機污染物和重金屬的研究.pdf

1、論文依據(jù)不同的改性機理和方法,以β-環(huán)糊精作為改性劑,對天然沸石進(jìn)行改性,制備了兩種具有特殊結(jié)構(gòu)與性能的改性沸石。采用FTIR光譜、元素分析、掃描電鏡以及X射線能量色散譜儀等現(xiàn)代分析測試手段對改性沸石進(jìn)行了表征。研究了改性沸石分別吸附處理水中有機污染物、重金屬和復(fù)合污染物的能力,初步探討了改性沸石吸附污染物的作用機理,為拓展沸石的功能與應(yīng)用提供了理論依據(jù),為改性沸石在水處理中的應(yīng)用提供了技術(shù)基礎(chǔ),也為安全、無毒、環(huán)保的高效吸附劑的開發(fā)提

2、供了信息。
　　 主要研究內(nèi)容和結(jié)論歸納如下:
　　 提出了利用β-環(huán)糊精改性沸石的新方法。以2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨(ETMAC)和β-環(huán)糊精合成的陽離子化β-環(huán)糊精對沸石進(jìn)行改性,制得改性沸石CCDMZ;利用環(huán)氧氯丙烷(EPI)作為交聯(lián)劑,通過醚化作用,使β-環(huán)糊精固載到沸石表面,制得改性沸石ECDMZ。以吸附量(qe)為指標(biāo),分別考察了兩種改性沸石的制備條件對所得產(chǎn)物吸附污染物量的影響,確定了兩種改性沸石的最佳

3、制備條件。結(jié)果表明,陽離子化β-環(huán)糊精的制備條件(初始β-環(huán)糊精的濃度、合成溶液的pH值、摩爾比METMAC:Mβ-CD)、天然沸石的預(yù)處理、陽離子化β-環(huán)糊精的濃度、改性時間等制備條件均對CCDMZ吸附污染物的qe產(chǎn)生影響,其中尤以陽離子化β-環(huán)糊精的制備條件影響最大;天然沸石的預(yù)處理、摩爾比MEPI:Mβ-CD、改性時間、溶液的pH值以及溶液中NaOH百分含量等均對ECDMZ吸附污染物的qe產(chǎn)生影響。對兩種改性沸石分別進(jìn)行FTIR光

4、譜、元素分析、掃描電鏡以及X射線能量色散譜等方面的表征,結(jié)果顯示β-環(huán)糊精可以較穩(wěn)定地固載于沸石表面,形成具有優(yōu)良吸附性能的新型吸附劑。
　　 研究了改性沸石對水中硝基苯酚(NPs)、重金屬離子和對-硝基苯酚(p-NP)-重金屬離子復(fù)合污染物體系的吸附能力。結(jié)果表明,CCDMZ和ECDMZ吸附NPs、重金屬離子時,qe受粒徑、吸附時間、溶液初始濃度和溶液pH值等的影響。在粒徑0.45～0.9mm范圍內(nèi),CCDMZ和ECDMZ對N

5、Ps和重金屬離子均具有較高的qe。CCDMZ和ECDMZ吸附NPs的平衡時間分別為60 min和100 min、Cu2+的吸附平衡時間均為120min、Ni2+的吸附平衡時間分別為120 min和140 min。NPs和重金屬離子初始濃度的升高有利于CCDMZ和ECDMZ對NPs和重金屬離子的吸附。當(dāng)NPs濃度為300 mg/L時,CCDMZ吸附p-NP、間-硝基苯酚(m-NP)和鄰-硝基苯酚(o-NP)的qe分別為335、220和32

6、4μg/g;ECDMZ對p-NP、m-NP和o-NP的qe分別為902、766和855μg/g。當(dāng)Cu2+和Ni2+的濃度為100 mg/L時,CCDMZ和ECDMZ對Cu2+和Ni2+的qe分別為1267、1148μg/g和3751、3811μg/g。溶液pH值對CCDMZ和ECDMZ的qe影響非常明顯,因為pH值的變化不但影響了NPs、Cu2+和Ni2+在溶液中的形態(tài),同時也影響了CCDMZ和ECDMZ表面的荷電性。對比ECDMZ、

7、CCDMZ和NZ對NPs和重金屬離子的吸附,其吸附效果是ECDMZ>CCDMZ>NZ。吸附動力學(xué)和等溫線研究表明,CCDMZ和ECDMZ吸附NPs、Cu2+和Ni2+的過程符合二級動力學(xué)模型,吸附等溫線符合Langrnuir型,說明吸附過程是以單分子層吸附為主,既存在化學(xué)吸附又存在物理吸附,且吸附過程的主控速率是化學(xué)吸附。Freundlich型吸附等溫線擬合結(jié)果n值表明CCDMZ和ECDMZ對NPs、Cu2+和Ni2+的吸附均為優(yōu)先吸附

8、。低濃度下的高分離因子(r)值表明CCDMZ和ECDMZ對NPs、Cu2+和Ni2+的吸附更適合于微污染水處理。如:對100 mg/L的NPs,CCDMZ和ECDMZ對p-NP、D-NP和m-NP的qe分別較NZ提高了8、5、13和23、14、37倍。吸附熱力學(xué)研究表明對NPs的吸附是自發(fā)的放熱過程,吸附過程是焓推動作用,而對Cu2+和Ni2+的吸附過程是自發(fā)的吸熱過程,吸附過程是熵推動作用。對于p-NP和重金屬離子復(fù)合污染物體系的研究