凹凸棒土的吸附性研究.docx

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凹凸棒土的吸附性研究

毕业设计（论文）

凹凸棒土的吸附性研究

系别:

应用化学与环境工程系

专业（班级）:

应用化学08级2班

作者（学号）:

于尧（50805022027）

指导教师:

葛金龙（讲师）

完成日期:

2012年5月30日

蚌埠学院教务处制

摘要1

Abstract2

1前言3

1.1凹凸棒土3

1.2凹凸棒土在各行业中的应用3

1.2.1建材行业的应用3

1.2.2轻工业的应用4

1.2.3农业、畜牧业中的应用4

1.2.4纺织业中的应用5

1.2.5地质勘探、海洋钻井中的应用5

1.3凹凸棒土对重金属离子的吸附5

1.3.1对Cr6+的吸附5

1.3.2对Ni2+的吸附5

1.3.3对Hg2+的吸附5

1.3.4对Fe2+的吸附6

1.3.5对Mn2+的吸附6

1.4凹凸棒土对有机物的吸附6

1.4.1对活性黑染料废水的吸附6

1.4.2对亚甲基蓝的吸附7

1.4.3对氨氮的吸附7

1.4.4对聚丙烯酰胺废水的吸附7

1.5本文意义7

2实验部分8

2.1仪器8

2.2试剂8

2.3凹凸棒土性能测定9

2.3.1XRD分析9

2.3.2FTIR分析9

2.4实验方法9

2.4.1凹凸棒土对Fe3+的吸附9

2.4.2凹凸棒土对结晶紫的吸附9

3结果与讨论10

3.1凹凸棒土XRD分析10

3.2凹凸棒土FTIR分析10

3.3凹凸棒土对Fe3+的吸附11

3.3.1加入量的影响11

3.3.2初始pH的影响12

3.3.3吸附时间的影响12

3.3.4吸附温度的影响13

3.4凹凸棒土对结晶紫的吸附14

3.4.1加入量的影响14

3.4.2初始pH的影响15

3.4.3吸附时间的影响16

3.4.4吸附温度的影响16

4结论17

谢辞18

参考文献19

凹凸棒土的吸附性研究

摘要:

用凹凸棒土对Fe3+和结晶紫溶液进行吸附研究，研究凹凸棒土加入量、吸附温度、吸附时间、初始pH等因素对吸附的影响。

在Fe3+浓度为20.00mg/L时，使用2g凹凸棒土、水浴温度为30℃、初始pH值为4～5、振荡时间为40min后，对水中Fe3+的去除率最大；结晶紫浓度为10mg/L时，使用2.0g凹凸棒土、初始pH值为7～8、振荡时间为50min后凹凸棒土对结晶紫的去除率最大。

关键词:

凹凸棒土；吸附；Fe3+；结晶紫

StudyonAdsorptionPropertiesofAttapulgiteClay

Abstract:

UsingattapulgiteclaytoadsorbentFe3+andcrystalvioletsolution，researchingattapulgitedosage，adsorptiontemperature，adsorptiontime，initialpHeffectonadsorption.TheresultsshowedthatintheFe3+concentrationis20.00mg/L，usingthe2gattapulgiteclay，waterbathtemperatureof30DEGC，initialpHvalueof4~5，theoscillationtimeof40min，Fe3+inwaterbytherateofremoval;crystalvioletconcentrationis10mg/L，usingthe2.0gattapulgite，initialthepHis7~8，theoscillationtimeof50minattapulgitecrystalvioletontherateofremoval.

Keywords:

attapulgite,；adsorption；Fe3+；crystalviolet

1前言

1.1凹凸棒土

凹凸棒土又称坡缕石或坡缕缟石，是一种具链层状结构的含水富镁硅酸盐粘土矿物。

其结构属2:

1型粘土矿物。

在每个2:

1单位结构层中，四面体晶片角顶隔一定距离方向颠倒，形成层链状。

由于凹凸棒土粘土具有的特殊的物理化学性质和工艺性能，使其在石油、化工、建材、造纸、医药、农业等方面得到广泛应用。

国内目前用量最大的是涂料、钻井泥浆、食用油脱色。

凹凸棒土为一种晶质水合镁铝硅酸盐矿物，具有独特的层链状结构特征，在其结构中存在晶格置换，晶体中含有不定量的Na+、Ca2+、Fe3+、Al3+，晶体呈针状，纤维状或纤维集合状。

凹凸棒土具有独特的分散、耐高温、抗盐碱等良好的胶体性质和较高的吸附脱色能力，具有介于链状结构和层状结构之间的中间结构。

凹凸棒土呈土状、致密块状产于沉积岩和风化壳中，颜色呈白色，灰白色，青灰色，灰绿色或弱丝绢光泽。

土质细腻，有油脂滑感，质轻、性脆，断口呈贝壳状或参差状，吸水性强。

湿时具粘性和可塑性，干燥后收缩小，不大显裂纹，水浸泡崩散，悬浮液遇电介质不絮凝沉淀。

凹凸棒土形态呈毛发状或纤维状，通常为毛毯状或土状集合体。

莫氏硬度2-3，加热到700～800℃，硬度>5。

比重为2.05～2.32由于凹凸棒土独特的晶体结构[1]，使之具有许多特殊的物化及工艺性能。

主要物化性能和工艺性能有:

阳离子可交换性、吸水性、吸附脱色性，大的比表面积（9.6～36m2/g）以及胶质价和膨胀容。

这些物化性能与蒙脱石相似。

1.2凹凸棒土在各行业中的应用

1.2.1建材行业的应用

凹凸棒土粘土作为涂料的填充剂、流平剂、增稠剂和稳定剂，其性能好，成本低，可代替传统的轻钙。

凹凸棒土涂料的涂膜在电镜里观察，其晶体呈网状排列，均匀地分布在有机粘结剂中，所以涂膜耐洗擦。

尤其是凹土在外力搅拌下分散性好，形成稳定的不被电解质破坏的悬浮液[2]，使涂料不沉淀、不分层，与传统的106涂料相比较，具有多种优越性:

涂刷性能好，不流挂，节约钛白粉的用量，还可作油漆的填料，墙板材料的填料，生产天花板墙壁板，其特点是对水份接受、排放性能强，不膨胀不变形，粘结性能好，质轻韧性大，具有隔热保暖、吸声的作用，可防虫蛀，抗垂度强，能适应空气温度的变化，且不变形。

1.2.2轻工业的应用

用凹土代替苏打揉革，可节约20-30%贵重红矾的用量，降低成本。

揉制时间从6.2小时减少到4.2小时，揉出的革外观好，弹性强，丰富、柔软；也可作橡胶的填料，皮鞋底的填料，来增加除臭透气能力，用凹土作为香型塑料花，释放慢，保香时间长，成本低，柔软不易破裂，造型美观逼真。

在造纸行业可作纸张加填和涂布颜料，主要用于凹版印刷，并可用于胶印、颜料、涂布纸和涂布纸板，目前造纸业正从酸式造纸向碱性造纸转化，随着中性施胶技术的推广，特别是涂布纸和纸板产量的增长，需求较大。

1.2.3农业、畜牧业中的应用

凹土粉作为混合饲料的添加剂，以其特有的物理性能，能促进动物机体的新陈代谢，提高饲料转化率，使动物食欲旺盛，皮毛丰润，增重快，出栏早，降低饲养成本。

同时还具有优良的吸附性，能有效地吸除动物的大肠肝菌、肠道毒素，起到防疫治病、除虫杀菌的作用，并提供牲畜生长必要的微量元素；作为颗粒饲料的粘结剂，具有良好的粘结力，既降低了饲料生产成本，又可提高饲料的利用率，它能吸附鱼塘中的氨离子，防水质污染，防腐臭。

由于其比重轻，沉降速度慢，延长鱼的食用时间，饲料利用率高，储存期延长，外观光滑；预混合饲料的生产技术要求较高，在国外被称为饲料的核心，凹土作为预混饲料载体可节约大量的粮食，还可保持维生素等不会失效，微量元素不散失；作为复合肥粘结剂，造粒成型率高，时间短，所造颗粒强度高，表面光洁度好，保肥时间长，因此这种粘结剂，能提高生产能力，减少电耗，还可以节约滑石粉、氯化铵等高价原料的用量；以凹凸棒土作为农药的悬浮剂和载体，生产特效农药，可延长药效，保质期长，并降低农药生产成本；作化肥厂制气的煤球粘结剂，粘结力强，强度高，成本低，造气率高，还可提高煤球固定碳含量，降低粉尘污染等。

1.2.4纺织业中的应用

作为染料的悬浮剂填料，具有不掉色，着色力强，耐擦洗，色彩鲜艳，生产成本低等优点，还可作纺织行业的涂布刮浆。

作印花糊料，在纺织印染行业中，活性染料[3]常用的印花糊料为海藻酸钠。

由于海藻酸钠粘度大，质量不稳定，应用中常出现沾网、拖带和错位而影响产品质量，凹土糊料可使印制产品得色深、色牢度强、质量优、并可显著降低印染成本。

1.2.5地质勘探、海洋钻井中的应用

胶体级凹凸棒土粘土经进一步进行物理化学加工，增加其造浆率，可制成符合OCMA和API标准的抗盐粘土，而应用于地质钻探、地热钻井、石油钻井，特别是在内陆含盐地层钻探、海洋钻井及超深钻探中，使用该产品作为泥浆材料，具有分散性好、造浆率高、密封性好、抗盐碱耐高温性能稳定、防止井塌、保护井壁、减少废井率等优点，并能降低钻井成本。

1.3凹凸棒土对重金属离子的吸附

1.3.1对Cr6+的吸附

朱维菊[4]采用硅烷偶联剂KH-550对盐酸改性凹凸棒土（HATT）进行有机改性，以制备改性凹凸棒土吸附材料。

通过氮吸附比表面及孔结构分析、红外光谱、XRD等手段对改性凹凸棒土进行了表征；研究了改性凹凸棒土对Cr6+的吸附性能，并考察不同制备条件对OHATT吸附Cr6+的影响。

研究结果表明，改性剂用量为1％、反应时间为4h、反应温度为50℃时，制备的OHATT对Cr6+的吸附容量最大。

1.3.2对Ni2+的吸附

张庆芳[5]等研究了凹凸棒土粘土从溶液中吸附金属镍离子的过程，考察了吸附时间、Ni2+初始浓度、pH值、吸附剂量以及温度等因素对吸附效果的影响。

结果表明，凹凸棒土在吸附时间为20min、Ni2+初始浓度为30mg/L、pH值为6.0、吸附剂量为0.1g/50mL、温度为20℃的条件下，对Ni2+的去除率最高达98.4%，最大吸附量为33.1mg/g。

表明凹凸棒土粘土对Ni2+有良好的吸附作用。

1.3.3对Hg2+的吸附

符浩[6]等利用一种含氮硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性凹凸棒土，对凹凸棒土改性前后的表面性质进行了分析，并通过静态吸附实验研究了材料对水中Hg2+的吸附性能。

研究结果表明，酸活化增加了凹凸棒土吸附材料的孔道直径，使吸附速度加快，30min即达到吸附平衡。

通过硅烷偶联剂对凹凸棒土的改性，在材料表面引入了大量氨基，提高了材料对Hg2+的去除效果，最大吸附量从改性前的3.8mg/g提高到92.6mg/g。

该吸附过程符合Langmuir单层吸附模型，其动力学行为符合准二级动力学方程。

同时离子强度、pH值以及各种共存离子对其吸附效果的影响均较小。

1.3.4对Fe2+的吸附

范晓为[7]等通过静态试验，对凹凸棒土吸附去除水中Fe2+的特性进行了研究，重点讨论了焙烧和酸化处理对吸附的影响。

结果表明，Langmuir吸附等温式可以更好地描述Fe2+在凹凸棒土上的吸附。

当焙烧温度在200℃-400℃，焙烧处理对凹凸棒土吸附去除Fe2+的影响不明显。

当焙烧温度在500℃时，凹凸棒土对Fe2+的吸附去除率显著降低，这是由凹凸棒土内部结构发生折叠收缩，导致孔道逐步塌陷所致。

凹凸棒土对Fe2+的吸附去除率随着酸化浓度的增加先减小而后增大，在HC1浓度为5mol/L时达到最低。

1.3.5对Mn2+的吸附

秦好静[8]等采用甘肃和安徽的凹凸棒土进行水中Mn2+去除实验研究。

结果表明，在Mn2+溶液浓度为20