凹凸棒石/纳米铁复合材料的制备工艺及对亚甲基蓝废水的处理

这是一篇陶瓷及复合材料领域的论文。亚甲基蓝(MB)是工业染料废水中的典型污染物,不经处理任意排放会给水体带来非常大的危害。本文通过对凹凸棒石灼烧、有机超声改性和原位负载纳米铁制备了凹凸棒石/纳米铁复合材料(DDBAC/ATP/nZVI)。得到了复合材料的制备工艺:凹凸棒石原土经300℃焙烧1.5 h后加入20 mmol/100 g十二烷基二甲基苄基氯化铵(DDBAC),超声20 min,然后用液相还原法负载纳米铁,铁土比为1∶3、KBH_(4)浓度为0.25 mol/L、反应时间为3 h。XRD、IR、SEM、BET、XPS等表征证实了DDBAC和纳米铁成功负载到凹凸棒石表面。复合材料对亚甲基蓝的较大吸附去除量为114.94 mg/g,60 d内应用性能稳定。

改性纳米零价铁去除地下水硝酸盐的研究

采用提纯凹凸棒土(ATP)负载纳米零价铁(nZVI)制备得到改性材料ATP-nZVI,将其用于对地下水硝酸盐的去除研究。通过静水实验考察了溶液中共存阴离子和反应温度对ATP-nZVI去除NO_(3)^(-)-N的影响,通过模拟可渗透反应墙(PRB)考察了溶液初始pH、初始NO_(3)^(-)-N浓度、材料装填方式、流速对ATP-nZVI去除NO_(3)^(-)-N的影响,并通过更换PRB装填材料将ATP-nZVI与石英砂、ATP、铁粉、nZVI等材料对NO_(3)^(-)-N的去除效果进行了比较。结果表明:共存阴离子对ATP-nZVI去除NO_(3)^(-)-N具有抑制作用,其抑制作用的顺序为PO_(4)^(3-)>CO_(3)^(2-)>SO_(4)^(2-)>Cl^(-);ATP-nZVI对NO_(3)^(-)-N去除率与反应温度呈正相关,但总体来讲其受温度变化的影响并不明显;同一pH条件下,ATP-nZVI对NO_(3)^(-)-N去除率随着硝酸盐溶液质量浓度的增大而减小;对于相同质量浓度的硝酸盐溶液,相比在中性和碱性环境,其在酸性条件下NO_(3)^(-)-N去除率较高;ATP-nZVI的装填层数越多,对NO_(3)^(-)-N的去除率越高,长效性也越好;流速越大,ATP-nZVI对于NO_(3)^(-)-N的去除率越小,效果越差;PRB柱填充不同材料时的去除效果为ATP-nZVI>nZVI>铁粉(200目,即74μm)>ATP>石英砂,ATP-nZVI作为PRB的填充材料时,系统对NO_(3)^(-)-N的去除稳定性与去除率得到有效提升,具有良好的实用性。机制研究表明,ATP-nZVI对NO_(3)^(-)-N的去除主要归因于nZVI的还原作用,而ATP对于nZVI的负载则加强了这种还原作用。

O_(2)/H_(2)O/SO_(2)对改性富铁凹凸棒石高温吸附PbCl_(2)的影响

通过盐酸活化和负载Fe_(3)O_(4)复合改性方式获得改性富铁凹凸棒石,探究O_(2)/H_(2)O/SO_(2)对其吸附高温炉内典型半挥发性重金属PbCl_(2)蒸气的影响,同时分析了吸附产物中铅物种的分布形态,并结合FTIR、BET、XRD和XPS等表征手段深入探究其对PbCl_(2)蒸气的吸附机制。结果表明,酸活化通过分解原矿中杂质提高表面活性位点占比,复合改性后铁基氧化物与凹凸棒石表面晶格氧形成的双活性吸附位点显著增加其PbCl_(2)吸附容量。当高温烟气中含有体积分数20%O_(2)、5%H_(2)O和400mL/m^(3)SO_(2)时,复合改性凹凸棒石的PbCl_(2)吸附容量较原凹凸棒石有显著提升,在负载质量比为1∶2的Fe/HFP_(2)样品中吸附容量最高可分别达到70.42mg/g、76.63mg/g和86.21mg/g,吸附效果优于高岭土。此外,在这些氛围下改性凹凸棒石吸附产物中铅的稳定分布形态含量高于高岭土,吸附产物更为稳定。

基于凹凸棒土/聚硅酸铝铁复合吸附材料的制备及特性研究

为除去地表水中溶解性有机物(DOM),本研究研发了一种新型凹凸棒土-聚硅酸铝铁复合吸附材料。首先对凹凸棒土/聚硅酸铝铁吸附材料进行活化,提高其吸附地表水中有机物的能力。结果表明,利用0.6 mol/L盐酸对其进行修饰,对地表水中UV254和TOC法测得溶解性有机物的去除效果最好,去除率分别达到46.4%和28.8%。然后利用扫描电镜、X射线衍射及红外光谱仪等手段对修饰后的材料进行表征,表征结果表明:盐酸修饰处理后的凹凸棒土表面相对原土变得疏松粗糙,改善了其比表面积,提高了其吸附性能;盐酸预处理后对凹凸棒土的晶体结构没有明显影响;凹凸棒土经预处理和负载聚硅酸铝铁改性后,碳酸盐杂质去除效果明显,整体趋于稳定,改性剂以物理吸附的形式存在于改性凹凸棒土的表面。

以天然凹凸棒石为原料合成Fe/Ti-ZSM-5沸石分子筛及其催化裂化性能

以天然凹凸棒石为硅源、铁源和钛源, 一步合成了Fe/Ti-ZSM-5分子筛. X射线衍射、扫描电镜和N2吸附等温线测定结果表明, 所合成的样品具有良好的结晶度和较大的比表面积; NH3程序升温脱附和H2程序升温还原结果表明, 该样品具有强的酸性和氧化还原性能. 更为重要的是, 与常规方法制备的ZSM-5沸石相比, Fe/Ti-ZSM-5在催化裂解原料油(LGO, 加拿大)的测试中, 丙烯的产率提高0.21%, 总轻烯烃的产率提高0.33%. 由此可见, Fe与Ti物种在ZSM-5沸石分子筛中的存在有利于提高轻烯烃的产率,有望在石油炼制过程中提高烯烃产率.

负载氧化铁凹凸棒石脱硫剂的制备及再生工艺

采用浸渍法制备了凹凸棒石负载氧化铁脱硫剂(Fe2O3/ATP),考察了浸渍液活性组分浓度、浸渍液与载体体积比、浸渍时间和粒度对其脱硫活性的影响,采用FT-IR和XRD手段表征了新鲜和脱H2S后以及再生的Fe2O3/ATP脱硫剂,并采用热空气法探讨了再生温度、热空气流量和再生时间对其再生性能的影响。结果表明,最优的Fe2O3/ATP脱硫剂的制备条件为浸渍液活性组分质量分数40%、载体与浸渍液体积比1∶3、浸渍时间4h。在此条件下制备得到的粒径为0.38 mm的Fe2O3/ATP脱硫剂在常温、常压下的硫容达到33.08%。失活的Fe2O3/ATP脱硫剂在50℃、空气流量0.8L/min的条件下再生4h,1次再生率达到81.22%,经过4次再生后,再生率仍可达到51.29%。Fe2O3/ATP在常温常压下脱H2S时,主要是将H2S转化为FeS和S,经热空气再生后,FeS被空气中的O2还原为Fe2O3和单质硫。

锰铁氧体吸附及催化柠檬酸还原六价铬的过程及机理

本文探究了磁性纳米铁锰氧体(MnFe_2O_4)及其黏土矿物负载材料对六价铬(Cr(Ⅵ))的吸附作用,同时研究了锰铁氧体-柠檬酸溶液体系中,铁锰氧体催化柠檬酸还原Cr(Ⅵ)的机理.结果表明,MnFe_2O_4材料对Cr(Ⅵ)的吸附量随着吸附时间的增加而增加,在0—5 min内快速吸附并达到平衡,符合准二级动力学模型.伴随MnFe_2O_4负载量的增加,凹凸棒土负载铁锰氧体(ATP-Fe Mn)的吸附量大幅增加,ATP-FeMn14吸附量最大达到了29.2 mg·g^(-1),且吸附等温线均可用Langmuir方程或Freundlich方程拟合,属于单分子层吸附.MnFe_2O_4和负载ATP材料吸附Cr(Ⅵ)的最佳pH值为3—4,ATP-FeMn14对六价铬的去除率最高,最佳投加量为5 g·L^(-1).在铁锰氧体-柠檬酸体系中,溶液pH值是影响Cr(Ⅵ)的去除效率的重要因素,当溶液pH值在4和5时,Cr(Ⅵ)的去除率(76.5%、66.2%)显著高于其他处理;4 mmol·L^(-1)柠檬酸的处理去除率(89.8%)显著高于其他浓度柠檬酸的处理去除率;而在相同体系中,MnFe_2O_4的处理去除率(89.8%)显著高于其他研究材料.本研究表明铁锰氧体不仅对Cr(Ⅵ)具有良好的吸附性能,在与有机酸共存时,还可以催化有机酸还原Cr(Ⅵ),降低Cr(Ⅵ)的环境风险.

聚苯胺/凹凸棒石负载纳米铁降解水溶液中甲基橙

以聚苯胺/凹凸棒石(PANI/ATP)为载体,采用液相还原法合成了负载型纳米零价铁(n ZVI),用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)及X射线光电子能谱分析仪(XPS)等技术手段对纳米复合材料进行表征,考察了反应时间和pH值对甲基橙降解性能的影响,对降解过程进行了动力学分析,探讨了n ZVI/PANI/ATP复合材料对甲基橙的降解机理。结果表明,nZVI/PANI/ATP复合材料在较大pH值范围内能有效降解水中甲基橙并具有降解长效性,当催化剂用量1.0 g/L,降解体积50 m L,甲基橙的浓度20 mg/L,降解时间30 min时,复合材料对甲基橙的降解率达到95.8%以上,对甲基橙的降解过程符合准二级动力学模型。

铁改性凹凸棒土对Sb(Ⅴ)的吸附研究

用不同浓度的Fe Cl3·6H2O溶液对凹凸棒土进行改性,制得铁改性凹凸棒土(IMA),应用傅里叶红外光谱仪、X-射线衍射仪、扫描电子显微镜和比表面积及孔径分析仪对改性前后的凹凸棒土进行表征,消解后用原子吸收光谱仪对IMA表面负载铁量进行测定。以KSb(OH)6为Sb(Ⅴ)锑源、IMA为吸附剂,研究IMA对Sb(Ⅴ)的吸附去除效果。探讨了IMA载铁量、吸附时间、Sb(Ⅴ)初始质量浓度与吸附量的关系。结果表明:凹凸棒土是羟基氧化铁(Fe OOH)的优良载体,IMA对Sb(Ⅴ)的最大吸附量为天然凹凸棒土的8倍以上,IMA对Sb(Ⅴ)的吸附量随载铁量的增加而增大,IMA50吸附Sb(Ⅴ)所需平衡时间约12 h;Elovich模型能较好反映吸附动力学过程,最大吸附量可达36.82 mg/g;吸附等温过程符合Langmuir模型和Freundlich模型,理论最大吸附量可达62.88 mg/g。

铁改性凹凸棒土(IMA)吸附去除Sb(Ⅲ)性能研究

锑是一种有毒元素,对生物有机体有致癌性。我国锑矿区周围水体中锑含量远高于生活饮用水标准中规定的限定值。为寻求低成本处理含Sb(Ⅲ)废水的有效方法,采用FeCl3·6H2O溶液改性后的凹凸棒土为吸附剂,以K(SbO)C4H4O6·1/2H2O为Sb(Ⅲ)锑源,进行锑吸附试验,考察IMA载铁量、吸附时间和Sb(Ⅲ)初始浓度对吸附量的影响。结果表明:改性后凹凸棒土的XRD图谱中出现了羟基氧化铁(FeOOH)的特征峰;改性后凹凸棒土表面更加粗糙,比表面积增加了17%;凹凸棒土是FeOOH的优良载体;在Sb(Ⅲ)初始浓度为150 mg/L、吸附时间为720 min的条件下,IMA50对Sb(Ⅲ)的吸附量为18.51 mg/g,是天然凹凸棒土对Sb(Ⅲ)吸附量的14.9倍;IMA对Sb(Ⅲ)的吸附量随着载铁量的增加而增大,增大幅度逐渐变小;Elovich模型能较好地反映吸附动力学过程;吸附过程符合Langmuir等温模型,最大吸附量可达20.19 mg/g。对IMA50吸附Sb(Ⅲ)前后进行红外光谱分析表明,FeOOH特征吸收峰和Fe—O振动峰均向高波数方向偏移,Sb(Ⅲ)与羟基氧化铁之间发生了化学反应。试验结果对低成本处理含Sb(Ⅲ)废水有一定的指导价值。

微波催化除铁增白凹凸棒石黏土

凹凸棒石黏土(凹土)因含有氧化铁或氢氧化铁而显红色,限制了它在石油与化工催化领域的使用。本实验对凹土采取活化、除杂,在酸性介质中采用液相微波催化反应、回流、分离等法,最终得到白色凹土。研究结果表明,这一工艺不仅加快了反应速率,与常规酸化法相比时间缩短近一半,同时铁脱除率最高可达91.2%,白度可达76.4%,反射率达58.6%。

凹凸棒土负载纳米Fe/Ni的制备及其去除水中Zn(Ⅱ)性能研究

采用液相还原法制备以凹凸棒土为载体的纳米双金属Fe/Ni复合材料,通过Zn(Ⅱ)静态吸附试验,确定了除Zn(Ⅱ)效果最佳的Fe/Ni@ATP复合材料,即纳米铁与凹凸棒土的负载比为1∶2、Fe/Ni双金属中Ni掺杂比为2%,并考察了Zn(Ⅱ)初始浓度、pH及环境温度对该复合材料去除水中Zn(Ⅱ)效果的影响。结果表明,经过凹凸棒土负载和掺杂Ni改性以后,Fe/Ni@ATP复合材料的Zn(Ⅱ)去除率显著提高,颗粒团聚状况得到改善,比表面积明显增加。在实验条件范围内,较高的溶液pH值、环境温度以及较低的Zn(Ⅱ)初始浓度均有利于Fe/Ni@ATP复合材料对Zn(Ⅱ)的去除。该过程符合Langmuir吸附等温模型,吸附机理为零价铁表面氧化物与Zn(Ⅱ)的配合作用,此外,水中Zn(Ⅱ)也可以通过生成Zn(OH)_2沉淀的形式去除。

有机凹凸棒石负载纳米铁降解溶液中双酚A

采用十八烷基三甲基氯化铵(OTAC)对凹凸棒石(ATP)进行有机改性,并负载纳米铁(nZVI)制备复合材料nZVI/OTAC/凹石(nZVI/OTAC/ATP)。利用扫描电镜对改性凹石负载纳米铁的条件进行优化,研究了BPA在复合材料上的吸附特性,考察了材料投加量、初始浓度、pH等因素对吸附的影响,实验结果表明:随着初始BPA质量浓度、复合材料投加量及溶液pH值的增加,nZVI/OTAC/ATP对BPA的吸附量逐渐减少;在nZVI/OTAC/ATP投加量为1.0 g/L、溶液pH为6.0、初始BPA质量浓度为20 mg/L、吸附温度为25℃的条件下,吸附量最高为13.4 mg/g。吸附BPA的等温曲线符合BET模型和Freundlich模型,为多层吸附。此外,复合材料采用加热溶液浸泡法具备一定的再生能力。

凹凸棒土负载硫化纳米零价铁对水中Cu(Ⅱ)的去除机理研究

针对纳米零价铁易团聚及表面形成钝化层的缺点,本文以凹凸棒土为载体、以硫代硫酸钠为硫化试剂,制备了凹凸棒土负载硫化纳米零价铁(S-nZVI@ATP)复合材料,并考察了复合材料对水中Cu(Ⅱ)的去除效果。由SEM可观察到,经过凹凸棒土负载及硫化改性后的纳米零价铁串珠状结构变短,且被分散为单个的球形颗粒;比表面积测定结果表明,S-nZVI@ATP复合材料的BET比表面积为46.04m^2/g,与纳米零价铁相比提高了约1.35倍;由TEM观察到,经硫化的纳米零价铁颗粒界面处包裹了一层FeS,粒径由57.6nm增至118.5nm。S-nZVI@ATP复合材料去除水中Cu(Ⅱ)的机理主要是硫化纳米铁界面处的Fe^0将Cu^(2+)还原为Cu^0以及FeS转化为溶度积更小的CuS,该过程符合Langmuir-Hinshelwood吸附/还原模型和Langmuir等温吸附模型。本实验条件下,复合材料对Cu(Ⅱ)的最大吸附-还原量可达9.25mmol/g(587.8mg/g)。

基于新型载体材料的高效接触氧化处理农村生活污水的试验研究

针对平原河网区农村生活污水未经处理、任意排放问题,以海绵铁和纳米凹凸棒土复合亲水性聚氨酯泡沫为载体进行了高效接触氧化法处理农村生活污水试验。结果表明,高效接触氧化装置对农村生活污水的COD、TP、TN、NH3-N、SS均有较高的去除率,分别为77.81%、67.93%、45.84%、83.35%、94.49%,出水水质达到GB 18918-2002一级A标准。每吨产水投资1 000元以下,直接运行费用在0.2～0.4元,具有良好的经济性,适合在农村分散生活污水处理中进行应用推广。

铁氧化物改性凹凸棒土吸附Sb(V)的性能研究

以凹凸棒土为原料,制备新型铁氧化物改性凹凸棒土除锑吸附剂。探讨吸附时间、p H值、竞争离子及离子强度对吸附Sb(V)性能的影响,并对其等温吸附特征和动力学进行研究。实验结果表明:当p H=6.8,投加吸附剂的量为1 g/L时,Sb(V)在铁氧化物改性凹凸棒土上的吸附平衡时间为12 h。p H显著影响铁氧化物改性凹凸棒土对Sb(V)的吸附,吸附量随着p H的增加而降低,增加离子强度对Sb(V)的吸附有一定的促进作用。铁氧化物改性凹凸棒土对Sb(V)吸附较好符合Langmuir、Freundlich等温吸附模型和准二级动力学方程,最大吸附量可达31.79 mg/g。吸附机制主要是羟基铁的内层表面络合吸附。

凹凸棒土负载硫化纳米零价铁的制备及其去除水中As(Ⅲ)性能研究

以凹凸棒土为载体,结合硫化改性方法制备了凹凸棒土负载硫化纳米零价铁(S-nZVI@ATP)复合材料,通过As(Ⅲ)静态吸附试验,确定了去除As(Ⅲ)效果最佳的S-nZVI@ATP复合材料制备条件:nZVI/ATP质量比为2∶1、以Na2S2O3为硫化剂、S/Fe摩尔比为1∶4,并考察了As(Ⅲ)溶液初始pH、溶解氧浓度及环境温度对该复合材料去除水中As(Ⅲ)效果的影响。结果表明,经过凹凸棒土负载及硫化改性后,nZVI的颗粒团聚状况明显得到改善。在实验条件范围内,适中的溶液pH值、溶解氧浓度以及较高的环境温度均有利于S-nZVI@ATP复合材料对As(Ⅲ)的去除,该吸附过程为吸热反应,符合拟二级动力学模型,外扩散阶段主要受环境温度影响,吸附过程由颗粒内扩散和膜扩散共同控制。

负载氧化铁凹凸棒脱除硫化氢的研究

采用浸渍法制备了凹凸棒负载氧化铁脱硫剂,并对硫化氢气体进行脱除实验.以最大硫容为评价指标分析了焙烧温度、焙烧时间、浸渍时间、凹凸棒与硝酸铁的质量比以及浸渍温度对脱硫效果的影响,并对脱硫后的脱硫剂进行再生.通过实验优化脱硫剂的最佳制备条件,当焙烧温度为450℃,焙烧2h,浸渍4h,凹凸棒与Fe(NO_3)_3的质量比为1:1,浸渍温度为80℃,制得的脱硫剂最大硫容为17.64%;该脱硫剂的自体再生率为58.73%,50℃鼓风再生率可达68.76%.

甘肃临泽高铁凹凸棒土的活化及吸附特性研究

采用酸、碱、高温等方法对甘肃临泽高铁凹凸棒土进行了活化处理。以红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)等矿物学方法,分析活化高铁凹凸棒土的矿物学特征。通过亚甲基蓝的吸附特性,探讨活化高铁凹凸棒土的吸附性能。结果表明:用15%HCl、2 mol/L NaOH溶液、350℃高温活化的高铁凹凸棒土对亚甲基蓝的吸附率达到最高,分别为89.62%、85.34%、81.32%,均较原高铁凹凸棒土的吸附率58.65%有所提高。不同活化条件下,高铁凹凸棒土吸附亚甲基蓝的过程符合二级动力学方程。

凹凸棒土负载纳米铁/镍去除水中Zn(Ⅱ)的性能与机理研究

针对纳米零价铁易团聚和表面形成钝化层的问题,以凹凸棒土为载体、镍为掺杂金属,制备了凹凸棒土负载铁/镍复合材料(用A-Fe/Ni表示)。由SEM可观察到A-Fe/Ni中的纳米Fe/Ni长链变短、且有单个纳米Fe/Ni球形颗粒出现。比表面积测定结果表明,A-Fe/Ni的BET比表面积为86.17 m2·g-1,远高于纳米Fe/Ni的比表面积(33.62 m2·g-1)。平均粒径也由负载前的178.52 nm减小到了69.63 nm。A-Fe/Ni相比纳米Fe/Ni对水中Zn(Ⅱ)有更快的去除速率和更好的去除效果,以2 g·L-1投加量对100 mg·L-1Zn(Ⅱ)进行吸附,10 min即可达到99.8%的去除率,而成本仅为后者的1/3。A-Fe/Ni除锌机理主要是化学吸附,吸附过程符合Lagergren准二级动力学模型和Langmuir吸附模型,最大吸附量为133.33 mg·g^(-1)。