高嶺石納米管的制備、微結(jié)構(gòu)調(diào)控及其對亞甲基藍(lán)的吸附性能研究.pdf

1、我國擁有豐富的高嶺土資源，但目前其多用于陶瓷、造紙、涂料等行業(yè)，產(chǎn)品附加值較低，因此，開發(fā)具有功能特性、高附加值的高嶺土產(chǎn)品，拓展高嶺土的應(yīng)用領(lǐng)域，成為科學(xué)工作者面臨的一個(gè)迫切問題。另一方面，我國工業(yè)廢水有機(jī)物污染現(xiàn)象嚴(yán)重，急需尋找高效、經(jīng)濟(jì)的廢水處理技術(shù)。在此背景下，本文開展了相關(guān)的研究工作。
　　首先，以天然高嶺石為原料、通過化學(xué)插層-超聲-微波協(xié)同剝片技術(shù)制備片狀高嶺石及其插層復(fù)合體，然后通過溶劑熱反應(yīng)制備出高嶺石/甲醇插層

2、復(fù)合體，再以其為前驅(qū)體、通過溶劑熱反應(yīng)來制備出高嶺石納米管(KNTs)。利用X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、紅外光譜儀、綜合熱分析系統(tǒng)、比表面積及孔徑分析儀等儀器設(shè)備，研究了高嶺石的插層、剝片過程，甲醇接枝反應(yīng)時(shí)間、溶劑熱時(shí)間、表面活性劑種類等對KNTs顯微結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，以及KNTs的熱穩(wěn)定性。以亞甲基藍(lán)（MB）溶液為模擬廢水，研究KNTs對MB的吸附行為、吸附動(dòng)力學(xué)過程等，并對KNTs的再生循環(huán)使用性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。
　　研究發(fā)現(xiàn)

3、，化學(xué)插層協(xié)同超聲、微波處理可實(shí)現(xiàn)高嶺石的剝片，所得剝片高嶺石與原料高嶺石的形貌、直徑相差不大，但片層厚度顯著變薄。隨著超聲處理時(shí)間的延長，剝片高嶺石的比表面積呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，90 min時(shí)效果最佳；微波處理5 min時(shí)剝片高嶺石的比表面積最大；協(xié)同采用化學(xué)插層、超聲處理90 min和微波處理5 min，可使剝片高嶺石的比表面積達(dá)到15.32 m2/g，與原料高嶺石相比提高7.24 m2/g。
　　隨著甲醇接枝高嶺石反應(yīng)時(shí)

4、間的延長，所制KNTs的比表面積和孔容逐漸增大，平均孔徑逐漸減小。溶劑熱反應(yīng)時(shí)間對KNTs的顯微結(jié)構(gòu)有重要影響，隨著溶劑反應(yīng)時(shí)間的延長，KNTs的比表面積和孔容逐漸增大，平均孔徑逐漸減小。溶劑熱反應(yīng)24 h后，KNTs的比表面積達(dá)到了57.41 m2/g，孔容為0.263 cm3/g，平均孔徑為18.34 nm，且此時(shí)納米管的結(jié)構(gòu)相對完整，形貌和均勻性較好。表面活性劑的碳鏈長短和陰離子種類對KNTs的顯微結(jié)構(gòu)有一定影響，當(dāng)碳鏈長度相同時(shí)

5、，表面活性劑選用陰離子為Cl-1所制KNTs比選用Br-1的比表面積和孔容要大；而當(dāng)陰離子相同時(shí)，選用碳鏈長度較長的表面活性劑 OTAC所制 KNTs比用表面活性劑CTAC的比表面積和孔容略大。
　　煅燒溫度對KNTs的顯微結(jié)構(gòu)有較大影響。KNTs內(nèi)的CTAC分子于400℃左右發(fā)生分解、脫除，結(jié)構(gòu)羥基于500℃脫除并轉(zhuǎn)變?yōu)槠邘X石，但仍保持著較完整的管狀結(jié)構(gòu)。KNTs的比表面積和孔容隨煅燒溫度升高而逐步增大，500℃時(shí)達(dá)到最大，此

6、后隨溫度升高逐步減??；平均孔徑的變化規(guī)律與此相反。KNTs在500℃煅燒后，比表面積、孔容、平均孔徑分別為91.74 m2/g、0.320 cm3/g、13.95 nm。
　　KNTs對MB分子的吸附速率較快，25 min后即達(dá)吸附平衡；對MB分子的去除率隨溶液pH值和KNTs吸附劑投入量的增加而增加，隨MB溶液初始濃度的升高而減小，而吸附溫度的影響不明顯。該吸附過程契合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型；且吸附等溫線模型契合Langmuir吸附等