新型GP對(duì)重金屬吸附研究

新型GP對(duì)重金屬吸附研究

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摘要地質(zhì)聚合物（簡(jiǎn)稱(chēng)地聚合物）是一種以天然礦物、固體廢棄物或工業(yè)副產(chǎn)品為原料的具有空間三維網(wǎng)絡(luò)狀鍵接結(jié)構(gòu)的新型無(wú)機(jī)硅鋁質(zhì)膠凝材料，它主要是由無(wú)機(jī)[SiO4]、[AlO4]四面體組成的。由于地質(zhì)聚合物有著三維網(wǎng)狀的類(lèi)分子篩結(jié)構(gòu)，且兼具有機(jī)械性能好，耐酸性、耐久性?xún)?yōu)良。它作為一種吸附劑逐漸走進(jìn)科研人員的視野里，尤其是在吸附重金屬的方面，跟普通水泥固化重金屬相比較，它不會(huì)因金屬離子遷移與骨料反應(yīng)導(dǎo)致膨脹，使得機(jī)械性能等急劇下降，同時(shí)它也具有原料來(lái)源廣泛，不易產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)旨在改進(jìn)偏高嶺土基地聚合物的制備方法以及對(duì)鉻離子和銅離子吸附效果影響的因素。在前期實(shí)驗(yàn)確定下來(lái)堿性激活劑最佳配比為NaOH:Na2SiO3:NaAlO2=1:1.6:1.25后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定了制備過(guò)程中單位質(zhì)量的偏高嶺土與激活劑體積最佳比例為0.03g/mL。關(guān)鍵詞：地聚合物；吸附；銅離子；偏高嶺土?AbstractGeopolymerisanewtypeofinorganicsilica-aluminagellingmaterialwithspatialthree-dimensionalnetwork-likebondingstructureusingnaturalminerals,solidwaste,orby-productsofindustrialprocessesasrawmaterials.Itismainlycomposedofinorganicmaterials.[SiO4],[AlO4]tetrahedron.Asthegeopolymerhasathree-dimensionalnetwork-likemolecularsievestructure,andhasbothgoodmechanicalproperties,acidresistanceanddurability.Asanadsorbent,itgraduallyentersthefieldofviewofscientists,especiallyintheaspectofadsorbingheavymetals.Comparedwithordinarycementcuringheavymetals,itwillnotcauseexpansionduetomigrationofmetalionsandaggregatereaction,makingthemechanicalpropertiesdrastically.Decline,atthesametimeithasawiderangeofsourcesofrawmaterials,noteasytoproducesecondarypollutionandotheradvantages.Thisexperimentaimstoimprovethepreparationmethodofmetakaolinbasepolymerandthefactorsaffectingtheadsorptionofchromiumionsandcopperions.AfterthepreliminaryexperimentdeterminedthattheoptimumratioofalkalineactivatorwasNaOH:Na2SiO3:NaAlO2=1:1.6:1.25,theoptimalratioofmetakaolintoactivatorperunitmassduringthepreparationwasdeterminedtobe0.03g/mL.Keywords:geopolymer;adsorption;copperion;metakaolin

目錄1文獻(xiàn)綜述 61.1水中重金屬的污染現(xiàn)狀和危害 61.1.1水體重金屬的污染現(xiàn)狀 61.1.2重金屬的危害 61.2重金屬?gòu)U水的處理方法 61.2.1化學(xué)沉淀法 61.2.2電解法 71.2.3離子交換法 71.2.4吸附法 71.3地質(zhì)聚合物 71.3.1地質(zhì)聚合物的概念 71.3.2地質(zhì)聚合物的反應(yīng)機(jī)理 81.3.3地質(zhì)聚合物的應(yīng)用 81.3.4地聚合物作為吸附材料的研究現(xiàn)狀 91.4本課題的研究思路和研究?jī)?nèi)容 91.4.1研究思路 91.4.2研究?jī)?nèi)容 10第二章實(shí)驗(yàn)原料、試劑與儀器 102.1實(shí)驗(yàn)原料 102.1.1偏高嶺土 102.1.2實(shí)驗(yàn)藥品 102.1.3實(shí)驗(yàn)儀器 112.2實(shí)驗(yàn)方法 112.2.1偏高嶺土基地聚合物的制備 112.2.2吸附實(shí)驗(yàn) 122.2.3實(shí)驗(yàn)分析檢測(cè)方法 13第三章地聚合物的吸附 143.1CTAB投加量對(duì)地聚合物的吸附效果的影響 143.1.1實(shí)驗(yàn)步驟 143.1.2結(jié)果分析 153.2溶液的pH對(duì)地聚合物的吸附效果的影響 153.2.1實(shí)驗(yàn)步驟 153.2.2結(jié)果分析 173.3吸附時(shí)間對(duì)地聚合物的吸附效果的影響 173.3.1實(shí)驗(yàn)過(guò)程 173.3.2結(jié)果分析 183.4地聚合物投加量對(duì)吸附效果的影響 183.4.1實(shí)驗(yàn)步驟 183.4.2結(jié)果分析 203.5吸附動(dòng)力學(xué) 213.5.1實(shí)驗(yàn)步驟 213.5.2結(jié)果分析 223.6小結(jié) 22第四章地聚合物的表征 244.1傅里葉變換紅外光譜（FTIR） 244.2掃描電鏡分析（SEM） 24第五章結(jié)論與展望 275.1結(jié)論 275.2展望 27參考文獻(xiàn) 29致謝 30

1文獻(xiàn)綜述1.1水中重金屬的污染現(xiàn)狀和危害水是人們賴(lài)以生存的資源，但是近年來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，越來(lái)越快的工業(yè)化進(jìn)程，大量含有污染物的廢水未經(jīng)過(guò)處理或處理不完全就被排放到自然環(huán)境中，導(dǎo)致水體污染的情況日益嚴(yán)重，使水資源短缺狀況進(jìn)一步加劇，嚴(yán)重威脅人類(lèi)的生存條件以及生態(tài)安全。而在大部分被污染的水體中，被重金屬污染的水體占有相當(dāng)大的比例。由于重金屬不能被降解，且具有富集性，它們可以通過(guò)食物鏈在動(dòng)物或人體內(nèi)積累起來(lái)。當(dāng)它們?cè)隗w內(nèi)積累到一定程度之后，將引發(fā)生物重金屬中毒[1]。1.1.1水體重金屬的污染現(xiàn)狀重金屬是比重大于５的金屬，如鉛、鋅等，并廣泛存在于自然環(huán)境，主要來(lái)源于電鍍、金屬表面處理、陽(yáng)極氧化處理、無(wú)電沉積、研磨等生產(chǎn)工藝過(guò)程中。當(dāng)今，我國(guó)的水體重金屬污染問(wèn)題非常嚴(yán)重，江河湖庫(kù)底質(zhì)的污染率高達(dá)80.1%。同時(shí)重金屬污染分布也具有一定的地域特征，南方地區(qū)工業(yè)化程度高且密集，有色金屬礦區(qū)較多，體現(xiàn)出了銅、鉻、鎘等重金屬污染程度較高，而北方地區(qū)由于煤炭需求量較高，其砷、汞污染問(wèn)題更為突出。1.1.2重金屬的危害含有重金屬的廢水來(lái)源復(fù)雜多樣，重金屬在廢水中的存在形態(tài)會(huì)隨著環(huán)境的變化而變化，難于治理，對(duì)人體健康和環(huán)境產(chǎn)生巨大的威脅。重金屬的危害主要有以下幾點(diǎn)：（1）重金屬在自然環(huán)境中不能夠被生物降解，只能通過(guò)沉淀，吸附等物理和化學(xué)方式存于底質(zhì)中，但在特定的環(huán)境的條件下又會(huì)逸出到水體中，造成“二次污染”。（2）具有生物富集作用，進(jìn)入身體后會(huì)對(duì)人的神經(jīng)系統(tǒng)以及細(xì)胞造成難以估摸的損害，且不易排出，造成人體中毒，在有些情況下，則表現(xiàn)為慢性中毒。1.2重金屬?gòu)U水的處理方法面對(duì)日趨突出的重金屬污染，嚴(yán)重威脅到我國(guó)人民的生活環(huán)境與國(guó)家的發(fā)展，重金屬?gòu)U水的治理迫在眉睫。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，外源控制和內(nèi)源處理是治理重金屬污染的兩種措施。外源控制是對(duì)采礦等行業(yè)所產(chǎn)生的重金屬?gòu)U水進(jìn)行治理。內(nèi)源處理主要是對(duì)已被重金屬污染水體進(jìn)行治理，將其從水中去除或分離出來(lái)，提高水體的可生化性。目前重金屬?gòu)U水的處理方法主要有化學(xué)沉淀法、電解法、離子交換法、吸附法、生物修復(fù)法等[2]。1.2.1化學(xué)沉淀法化學(xué)沉淀法通常指的是在廢水中投加一定量的特定化學(xué)試劑，一般為堿或者硫的化合物，通過(guò)調(diào)節(jié)水體的pH使其生出氫氧化物沉淀或者與金屬陽(yáng)離子結(jié)合成難溶鹽沉淀，從而達(dá)到與水分離的效果。根據(jù)沉淀類(lèi)型的不同主要可以分為氫氧化物沉淀法、難溶鹽沉淀法[3]。化學(xué)沉淀法去除重金屬離子雖然技術(shù)成熟，流程簡(jiǎn)單，投資少，但是同樣存在著許多缺點(diǎn)。1.2.2電解法電解法是利用電流通過(guò)物質(zhì)而引起化學(xué)變化。廢水中的正電性的重金屬陽(yáng)離子由高價(jià)的有毒金屬還原為低價(jià)的低毒金屬或者直接在陰極還原析出金屬。如Hernandez等在碳電極上，利用電沉積法從工業(yè)廢水中除去銅、銀和鎳。電解法設(shè)備相對(duì)比較簡(jiǎn)單，便于操作控制，可以回收得到純凈的貴金屬如金、銀等，但是也存在能耗大、成本高，并且受到很多影響因素的影響，如pH，電壓、電流密度、陽(yáng)極鈍化等等，所以比較適合用于對(duì)貴重金屬的回收[4]。1.2.3離子交換法離子交換法主要是通過(guò)使用離子交換樹(shù)脂，一種高分子材料。離子交換樹(shù)脂具有交換和催化等功能[5]。因?yàn)闃?shù)脂可以再生的優(yōu)點(diǎn)，操作過(guò)程簡(jiǎn)單，故采取離子交換法進(jìn)行工業(yè)廢水處理，工作人員不需要直接接觸重金屬污染物，目前在廢水處理方面得到了大量應(yīng)用。但是其適用范圍有限，交換后流出液中的重金屬以離子狀態(tài)或者膠體狀態(tài)并存，難以處理以達(dá)到排放的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)離子交換樹(shù)脂本身容易發(fā)生中毒，成本較高，所以離子交換法通常要跟其他的處理方法結(jié)合一起使用。1.2.4吸附法吸附法因?yàn)槠涑杀镜?、效率高、可循環(huán)利用、以及節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)解決了其它方法在處理低含量重金屬?gòu)U水時(shí)所遇到的工藝條件和原料成本限制的問(wèn)題，受到了越來(lái)越多研究者的關(guān)住。吸附的應(yīng)用主要體現(xiàn)在吸附材料的性能上，一般利用材料良好的選擇性、多孔性、高的比表面積以及表面對(duì)重金屬離子有強(qiáng)親和力的官能基團(tuán)。吸附材料一般可被分為炭質(zhì)吸附劑、工業(yè)廢棄物、天然吸附劑、人工合成吸附劑這幾個(gè)主要方面。活性炭是最常用的重金屬吸附劑，活性炭具有巨大的比表面積和復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)，為吸附提供了大量位點(diǎn)，所以能高效地除去色度、臭味，目前已被廣泛應(yīng)用于生活用水，工業(yè)用水以及廢水的深度處理過(guò)程中。礦物材料類(lèi)重金屬吸附劑，如硅藻土、沸石、海泡石、蛙石等，作為一種天然易得、高效的吸附劑也得到了人們的關(guān)注。童張法等人[6]利用鈣基膨潤(rùn)土對(duì)水溶液中的Pb2+、Zn2+等進(jìn)行吸附研究，結(jié)果表明其最大吸附量分別為667mg/g和159mg/g。1.3地質(zhì)聚合物1.3.1地質(zhì)聚合物的概念地質(zhì)聚合物（簡(jiǎn)稱(chēng)地聚合物）是一種新型無(wú)機(jī)硅鋁質(zhì)膠凝材料。地聚合物凝膠和復(fù)合材料通常也被稱(chēng)為“低溫鋁硅酸鹽玻璃”，“堿激活水泥”，“地質(zhì)水泥”，“堿土陶瓷”，“無(wú)機(jī)聚合物混凝土”和“多孔陶瓷”。盡管有這樣多種命名法，但這些術(shù)語(yǔ)都是在描述利用相同化學(xué)方法合成的材料[7]。地質(zhì)聚合物的出現(xiàn)為日益嚴(yán)峻的環(huán)境污染問(wèn)題提供了一種新的經(jīng)濟(jì)成熟的解決方案。1978年，法國(guó)科學(xué)家Davidovits[8]首次將其命名為“地質(zhì)聚合物”，其主要原因在于由堿金屬氫氧化物/堿金屬硅酸鹽溶液反應(yīng)合成堿金屬硅鋁酸鹽從而形成的無(wú)定形至結(jié)晶的反應(yīng)產(chǎn)物這一過(guò)程與有機(jī)聚合物熱固化的過(guò)程相似，因此命名為“地質(zhì)聚合物”。1.3.2地質(zhì)聚合物的反應(yīng)機(jī)理20世紀(jì)50年代，Glukhovsky[9]提出了一種主要由二氧化硅和活性氧化鋁組成的材料的堿活化的反應(yīng)機(jī)理模型。Gluhhovsky模型將過(guò)程分為三個(gè)階段：（a）破壞-凝結(jié)；（b）凝結(jié)-縮聚；（c）縮聚-結(jié)晶。圖1給出了一種高度簡(jiǎn)化的地質(zhì)聚合反應(yīng)機(jī)理。圖1所示的反應(yīng)機(jī)理概述了將固體硅鋁酸鹽源轉(zhuǎn)化為堿金屬鋁硅酸鹽中發(fā)生的關(guān)鍵過(guò)程。值得注意的是，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，這里不考慮由于使用精細(xì)研磨、熱處理等方法處理原材料導(dǎo)致改變了系統(tǒng)中鋁的反應(yīng)性。整個(gè)過(guò)程即首先是將原料中的硅元素和鋁元素在堿性條件下溶解，通過(guò)擴(kuò)散、反應(yīng)、縮聚成起硅鋁聚合物單體，單體繼續(xù)發(fā)生縮聚和凝膠化反應(yīng)，得到3-D的相互交聯(lián)的網(wǎng)狀聚合物結(jié)構(gòu)。地質(zhì)聚合物以鋁氧四面體和硅氧四面體為結(jié)構(gòu)單元，相互交替連接，構(gòu)筑成了以Al-O-Si為主體的地聚合物的結(jié)構(gòu)，與分子篩結(jié)構(gòu)類(lèi)似。圖1-1地質(zhì)聚合的概念模型1.3.3地質(zhì)聚合物的應(yīng)用地質(zhì)聚合物在多孔材料、防火、防腐材料、雜化材料、固封有毒物質(zhì)上均有良好的應(yīng)用。這些材料可以在一系列應(yīng)用中提供與傳統(tǒng)水泥粘結(jié)劑相媲美的性能，但它們還有著原材料來(lái)源廣泛、制備方便、能耗低、顯著減少溫室氣體排放等優(yōu)勢(shì)。根據(jù)原料選擇和加工條件，地聚合物可以表現(xiàn)出各種性能和特性，包括高抗壓強(qiáng)度，低收縮率，快速或慢速凝固，耐酸性，耐火性和低導(dǎo)熱性。Zhang[10]等考察了地質(zhì)聚合物作為一種新型無(wú)機(jī)涂料在海洋建筑材料防腐中的應(yīng)用。他們以偏高嶺土為原料制備了一種地質(zhì)聚合物，在制備過(guò)程中加入了10%的粒狀爐渣，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，粒狀爐渣的引入顯著提高了地質(zhì)聚合物涂層的抗?jié)B性和抗腐性，而且地質(zhì)聚合物和砂漿間的結(jié)合強(qiáng)度超過(guò)1.5Mpa。由此可見(jiàn)地聚合物可以通過(guò)正確混合和處理設(shè)計(jì)從而優(yōu)化特性和/或降低給定應(yīng)用成本的解決方法。1.3.4地聚合物作為吸附材料的研究現(xiàn)狀近年來(lái)，由于地質(zhì)聚合物具有機(jī)械性能好，并且有三維網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，耐酸性、耐久性?xún)?yōu)良。它作為一種吸附劑逐漸走進(jìn)科研人員的視野里，尤其是在吸附重金屬的方面，跟普通水泥固化重金屬相比較，它不會(huì)因金屬離子遷移與骨料反應(yīng)導(dǎo)致膨脹，使得機(jī)械性能等急劇下降，同時(shí)它業(yè)具有原料來(lái)源廣泛，不易產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)。葛圓圓[11]對(duì)偏高嶺土基的重金屬吸附劑的制備及其性能進(jìn)行了研究，對(duì)地聚合物吸附水中的Cu2+進(jìn)行吸附動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析，在pH=5時(shí)，吸附劑用量為0.07g/100ml時(shí)對(duì)水溶液中的Cu2+最大吸附量分別為43.48mg/g。Duan等[12]采用粉煤灰為原料制備多孔土壤聚合物，以重量比為30％的水溶液Cu2+作為原料，以H2O2作為發(fā)泡劑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該過(guò)程可以成功合成多孔無(wú)定形地聚合物，總孔隙度為74.6％。將粉煤灰和IOT轉(zhuǎn)化為發(fā)泡地質(zhì)聚合物形成多孔結(jié)構(gòu)，促進(jìn)吸附。Cheng[13]等以偏高嶺土為原料，水玻璃為堿性激發(fā)劑制得的地質(zhì)聚合物漿料注模具成型后，將其破碎研磨成粉末狀，用于水溶液中重金屬的吸附，其比表面積達(dá)到65.7m2/g，在水溶液中對(duì)Pb2+、Cu2+、Cr3+、Cd2+都有一定的吸附效果，在pH=4的水溶液中對(duì)銅和鉛離子的吸附量分別為54.54mg/g和100.00mg/g。1.4本課題的研究思路和研究?jī)?nèi)容1.4.1研究思路通過(guò)文獻(xiàn)知道，偏高嶺土經(jīng)堿性激活劑（NaOH、Na2SiO3、NaAlO2按一定比例混合制備）無(wú)機(jī)改性之后，生成的地聚合物對(duì)重金屬陽(yáng)離子具有一定的吸附能力。但是，因?yàn)槠潢?yáng)離子交換的吸附原理，對(duì)如（CrO42?）等重金屬陰離子的吸附效果極差，甚至近乎沒(méi)有吸附效果。在單純針對(duì)重金屬陰離子方面的研究中，蔣明琴[14]利用CTAB對(duì)高嶺土進(jìn)行有機(jī)改性，改性后的高嶺土對(duì)陰離子團(tuán)（CrO42?）有一定的吸附能力，但對(duì)重金屬陽(yáng)離子的吸附依然極差。本實(shí)驗(yàn)受以上兩個(gè)方面的啟發(fā)，對(duì)偏高嶺土采用有機(jī)改性與無(wú)機(jī)改性相結(jié)合的方法，探究改性后的偏高嶺土對(duì)重金屬陽(yáng)離子和陰離子1.4.2研究?jī)?nèi)容 地聚合物性能的改進(jìn)以偏高嶺土作為原料，用硅酸鈉、偏鋁酸鈉、氫氧化鈉制備激活劑。在激活劑的作用下，偏高嶺土中的硅鋁元素溶解，脫水縮聚成具有多孔結(jié)構(gòu)的地聚合物，通過(guò)對(duì)使用不同配比的激活劑激活的偏高嶺土在水溶液中吸附重金屬性能的對(duì)比，確定出最佳的激活劑摩爾配比。 重金屬的吸附試驗(yàn)以Cr6+、Cu2+作為吸附對(duì)象，研究地聚合物在水溶液中對(duì)不同重金屬的吸附規(guī)律，探究在改變主要的影響條件下，如投加量、pH、吸附時(shí)間等，得到地聚合物對(duì)Cr6+、Cu2+的吸附等溫線(xiàn)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)。地聚合物的性質(zhì)表征通過(guò)對(duì)偏高嶺土以及地聚合物進(jìn)行SEM，觀(guān)察其表面形態(tài)相貌分析地聚合物吸附重金屬離子的原理，以及對(duì)偏高嶺土的吸附數(shù)據(jù)的研究，將其對(duì)Cr6+、Cu2+吸附效果同地聚合物自身的結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來(lái)，分析Cr6+、Cu2+的去除效果與其的關(guān)系。第二章實(shí)驗(yàn)原料、試劑與儀器2.1實(shí)驗(yàn)原料2.1.1偏高嶺土偏高嶺土（metakaolin，簡(jiǎn)稱(chēng)MK）是以高嶺土為原料，在600～900℃下，由無(wú)水硅酸鋁脫水而成。由高嶺土反應(yīng)生成偏高嶺土的反應(yīng)式如下式所示。2在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之前，利用馬弗爐，在800℃下，對(duì)高嶺土進(jìn)行持續(xù)60分鐘的加熱，經(jīng)自然降溫制得偏高嶺土。偏高嶺土化學(xué)組成及含量，如下表2-1所示。表2-1偏高嶺土化學(xué)組分（wt%）名稱(chēng)SiO2Al2O3TiQ2Fe2O3CaOZrO2含量50.028844.48440.66630.51120.50790.10132.1.2實(shí)驗(yàn)藥品本實(shí)驗(yàn)所需要的藥品如表2-2所示。表2-2實(shí)驗(yàn)所需藥品一覽藥品名稱(chēng)化學(xué)式分子量規(guī)格偏硅酸鈉五水合物Na2SiO3·5H2O122分析純偏鋁酸鈉NaAlO282分析純氫氧化鈉NaOH40分析純鹽酸HCl35.5分析純五水硫酸銅CuSO4·5H2O250分析純十六烷基三甲基溴化銨C16H33(CH3)3NBr364.45分析純銅離子標(biāo)準(zhǔn)溶液————1mg/mL銅離子標(biāo)準(zhǔn)溶液————1mg/mL2.1.3實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)所需要設(shè)備和分析設(shè)備如表2-3所示。表2-3實(shí)驗(yàn)所需儀器一覽儀器名稱(chēng)設(shè)備型號(hào)生產(chǎn)廠(chǎng)家數(shù)顯電子天平FA上海佑科儀器儀表pH計(jì)PHS-3上海雷磁儀器廠(chǎng)馬弗爐SX2-4-13天津天有利真空干燥箱DZF-6021上海一恒恒溫磁力攪拌器ZR4-6深圳中潤(rùn)控溫氣浴搖床ZD-85A廣州華欽儀器儀表原子吸收分光光度計(jì)Z200日本日立（Hitachi）掃描電鏡（SEM）S-3400N日本日立（Hitachi）2.2實(shí)驗(yàn)方法2.2.1偏高嶺土基地聚合物的制備地聚合物（GP）稱(chēng)取足量的高嶺土放置坩堝內(nèi)，蓋好坩堝蓋子，將其置于馬弗爐內(nèi)，升溫加熱至800℃，加熱1小時(shí)，防止高嶺土結(jié)合空氣中的水分，經(jīng)自然降溫制得偏高嶺土。分別稱(chēng)取13.39gNa2SiO3、0.89gNaOH和2.22gNaAlO2粉末，混合加入250ml燒杯中，再用250ml容量瓶定容，作為激活劑。準(zhǔn)確稱(chēng)取1.5g偏高嶺土與50ml激活劑混合，將其封口并將該混合液置于恒溫?fù)u床中，在30℃條件下以180rpm振蕩24h。再樣品用蒸餾水洗滌，沉淀、沖洗三個(gè)步驟直至上層清液用pH試紙測(cè)得呈中性。使用離心機(jī)將混合液中的偏高嶺土基地聚合物與液體分離出來(lái)，將地聚合物放至培養(yǎng)皿中，在80℃下快速烘干，再進(jìn)行研磨，過(guò)篩后，最后在65℃條件下烘干24h，制得地聚合物吸附劑，干燥保存。同時(shí)進(jìn)行有機(jī)改性與無(wú)機(jī)改性的地聚合物（GP-CTAB）稱(chēng)取足量的高嶺土放置坩堝內(nèi)，蓋好坩堝蓋子，將其置于馬弗爐內(nèi)，升溫加熱至800℃，加熱60分鐘，防止高嶺土結(jié)合空氣中的水分，經(jīng)自然降溫制得偏高嶺土。分別稱(chēng)取13.39gNa2SiO3、0.89gNaOH、2.22gNaAlO2和0.2gCTAB粉末，混合加入250ml燒杯中，再用250ml容量瓶定容，作為激活劑。準(zhǔn)確稱(chēng)取1.5g偏高嶺土與50ml激活劑混合，將其封口并將該混合液置于恒溫?fù)u床中，在30℃條件下以180rpm振蕩24h。再樣品用蒸餾水洗滌，沉淀、沖洗三個(gè)步驟直至上層清液用pH試紙測(cè)得呈中性。使用離心機(jī)將混合液中的偏高嶺土基地聚合物與液體分離出來(lái)，將地聚合物放至培養(yǎng)皿中，在80℃下快速烘干，再進(jìn)行研磨，過(guò)篩后，最后在65℃條件下烘干24h，制得地聚合物吸附劑，干燥保存。2.2.2吸附實(shí)驗(yàn)1、靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)用50mL量筒分別量取50mL的Cr2+濃度為50mg/L的吸附溶液、50mL的Cu2+濃度為50mg/L的吸附溶液、50mL的Cr2+濃度為50mg/L的吸附溶液，依次倒入100mL錐形瓶中，然后加入一定量的經(jīng)CTAB有機(jī)改性后的偏高嶺土，再對(duì)錐形瓶進(jìn)行封口處理，防止震蕩過(guò)程中溶液的濺出。將錐形瓶放置于恒溫?fù)u床中，在30℃，180r/min的條件下震蕩24h，取一定量的上層清液，在0.45μm過(guò)濾裝置過(guò)濾后，用去離子水稀釋20倍，用AAS測(cè)定濾液中Cr2+與Cu2+濃度。地聚合物對(duì)水溶液中鉻離子與銅離子去除率（R）的計(jì)算公式為2-1。（2-1）式中：地聚合物對(duì)水溶液中重金屬的吸附量（Qe）的計(jì)算公式為2-2：（2-2）式中：2、吸附動(dòng)力學(xué)在100mL的錐形瓶中，加入50mL的Cu2+濃度為50mg/L、Cr2+濃度為50mg/L的混合溶液，然后加入一定量的經(jīng)CTAB和堿性激活劑改性后的偏高嶺土，再對(duì)錐形瓶進(jìn)行封口處理，防止震蕩過(guò)程中溶液濺出，造成實(shí)驗(yàn)誤差。將錐形瓶放置于恒溫?fù)u床中，在30℃，180r/min的條件下震蕩，在5min，10min，20min，30min，60min，120min，240min時(shí)間點(diǎn)上取取一定量的上層清液，在0.45μm過(guò)濾裝置過(guò)濾后，用去離子水稀釋20倍，用AAS測(cè)定濾液中Cr2+與Cu2+濃度。吸附時(shí)間對(duì)地聚合物吸附水溶液中鉻離子和銅離子的效果的影響進(jìn)行吸附動(dòng)力學(xué)研究，采用準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型Lagergren公式和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，其計(jì)算公式分別為式2-3和式2-4。（2-3）式中：（2-4）式中：2.2.3實(shí)驗(yàn)分析檢測(cè)方法1、原子吸收分光光度計(jì)分析水溶液中重金屬離子的測(cè)定采用國(guó)標(biāo)方法，使用AAS測(cè)定，并采用標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)法，銅的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)濃度為0、0.2、0.5、1、2、3、5mg/L，標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的相關(guān)系數(shù)R2為0.999；鉻的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)濃度為0、0.2、0.5、1、2、3、5mg/L，標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的相關(guān)系數(shù)R2為0.999。2、傅里葉紅外分析光譜法傅里葉變換紅外光譜能夠可以對(duì)實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行掃描，從圖像中獲得材料的特征官能團(tuán)信息，是鑒定材料結(jié)構(gòu)的重要方式。3、掃描電鏡掃描電鏡是是一種觀(guān)測(cè)材料表面微孔分布情況及其結(jié)構(gòu)的方法。通過(guò)掃描電鏡，可以獲取材料表面的相關(guān)信息。因此，本實(shí)驗(yàn)利用掃描電鏡對(duì)偏高嶺土、GP以及GP-CTAB這三種材料進(jìn)行掃描，從而來(lái)對(duì)比偏高嶺土在進(jìn)行兩種不同的關(guān)系方法處理之后，材料表面處理前后的微孔結(jié)構(gòu)的變化情況。為往下的分析提供充足的證據(jù)。第三章地聚合物的吸附3.1CTAB投加量對(duì)地聚合物的吸附效果的影響3.1.1實(shí)驗(yàn)步驟稱(chēng)取13.39gNa2SiO3、0.89gNaOH、2.22gNaAlO2和CTAB粉末，CTAB對(duì)應(yīng)的投加量為0g，0.5g，1.0g，1.5g，混合加入250ml燒杯中，再用250ml容量瓶定容，作為激活劑。準(zhǔn)確稱(chēng)取1.5g偏高嶺土與50ml激活劑混合，將其封口并將該混合液置于恒溫?fù)u床中，在30℃條件下以180rpm振蕩24h。再樣品用蒸餾水洗滌，沉淀、沖洗三個(gè)步驟直至上層清液用pH試紙測(cè)得呈中性。使用離心機(jī)將混合液中的偏高嶺土基地聚合物與液體分離出來(lái)，將地聚合物放至培養(yǎng)皿中，在80℃下快速烘干，再進(jìn)行研磨，過(guò)篩后，最后在65℃條件下烘干24h，制得用0%,1%,2%,3%的CTAB改性的地聚合物吸附劑，使用烘箱在65℃下對(duì)吸附干燥保存。地聚合物單獨(dú)吸附銅離子配制吸附溶液：銅濃度為50mg/L的溶液，試劑為AR99%的CuSO4·5H2O，CuSO4·5H2O稱(chēng)0.101g，500mL容量瓶定容，大燒杯倒入450mL銅溶液，調(diào)pH為5，準(zhǔn)備4個(gè)裝有50mL銅溶液的錐形瓶，分別投加0.2g的上述4種吸附劑，將錐形瓶封口置于30℃、180r/min的恒溫氣浴搖床中吸附24h。取上層清液，用0.45μm的過(guò)濾裝置過(guò)濾后，將溶液稀釋20倍，然后使用AAS測(cè)定溶液中的銅離子。地聚合物單獨(dú)吸附鉻離子配制吸附溶液：鉻濃度為50mg/L的溶液，試劑為AR99%的K2Cr2O7，K2Cr2O7稱(chēng)0.072g，500mL容量瓶定容，大燒杯倒入450mL鉻溶液，調(diào)pH為5，準(zhǔn)備4個(gè)裝有50mL銅溶液的錐形瓶，分別投加0.2g的上述4種吸附劑，將錐形瓶封口置于30℃、180r/min的恒溫氣浴搖床中吸附24h。取上層清液，用0.45μm的過(guò)濾裝置過(guò)濾后，將溶液稀釋20倍，然后使用AAS測(cè)定溶液中的鉻離子。地聚合物同時(shí)吸附鉻離子和銅離子配制吸附溶液：銅濃度與鉻濃度均為50mg/L的混合溶液，試劑為AR99%的K2Cr2O7與CuSO4·5H2O，K2Cr2O7稱(chēng)0.072g，CuSO4·5H2O稱(chēng)0.101g，500mL容量瓶定容，大燒杯倒入450mL銅溶液，調(diào)pH為5，準(zhǔn)備4個(gè)裝有50mL銅溶液的錐形瓶，分別投加0.2g的上述4種吸附劑，將錐形瓶封口置于30℃、180r/min的恒溫氣浴搖床中吸附24h。取上層清液，用0.45μm的過(guò)濾裝置過(guò)濾后，將溶液稀釋20倍，然后使用AAS測(cè)定溶液中的鉻離子和銅離子。圖3-1CTAB的投加對(duì)地聚合物吸附銅離子的影響圖3-2CTAB的投加對(duì)地聚合物吸附鉻離子的影響3.1.2結(jié)果分析有圖3-1、圖3-2可以看出，在地聚合物單獨(dú)吸附銅離子的實(shí)驗(yàn)中，地聚合物的吸附量隨著CTAB投加量的增加而減少。這是因?yàn)楦男院蟮腉P-CTAB表面覆蓋這一層季銨鹽陽(yáng)離子（見(jiàn)第四章），而季銨鹽陽(yáng)離子的存在，占據(jù)了原先GP表面上吸附銅離子所需要的位點(diǎn)，因此導(dǎo)致了GP-CTAB對(duì)銅離子的吸附量要低于GP。在地聚合物單獨(dú)吸附鉻離子的實(shí)驗(yàn)中，地聚合物的吸附量隨著CTAB投加量的增加而增加。在地聚合物混合吸附銅離子跟鉻離子的實(shí)驗(yàn)中，地聚合物對(duì)銅離子的吸附量隨著CTAB投加量的增加而先增加后減少，但少于地聚合物單獨(dú)吸附銅離子的情況；地聚合物對(duì)鉻離子的吸附量隨著CTAB投加量的增加而增加，但多于地聚合物單獨(dú)吸附鉻離子的情況。3.2溶液的pH對(duì)地聚合物的吸附效果的影響3.2.1實(shí)驗(yàn)步驟溶液的pH對(duì)GP-CTAB的吸附效果的影響配制吸附溶液：銅濃度與鉻濃度均為50mg/L的混合溶液，試劑為AR99%的K2Cr2O7與CuSO4·5H2O，K2Cr2O7稱(chēng)0.072g，CuSO4·5H2O稱(chēng)0.101g，500mL容量瓶定容，往5個(gè)250mL燒杯中倒入約50mL混合溶液，分別調(diào)pH為2,、3、4、5、6、7，并分別倒入6個(gè)50mL的錐形瓶，再分別投加0.2g的GP-CTAB，將錐形瓶封口置于30℃、180r/min的恒溫氣浴搖床中吸附24h。取上層清液，用0.45μm的過(guò)濾裝置過(guò)濾后，將溶液稀釋20倍，然后使用AAS測(cè)定溶液中的鉻離子和銅離子。溶液的pH對(duì)GP的吸附效果的影響配制吸附溶液：銅濃度與鉻濃度均為50mg/L的混合溶液，試劑為AR99%的K2Cr2O7與CuSO4·5H2O，K2Cr2O7稱(chēng)0.072g，CuSO4·5H2O稱(chēng)0.101g，500mL容量瓶定容，往5個(gè)250mL燒杯中倒入約50mL混合溶液，分別調(diào)pH為2,、3、4、5、6、7，并分別倒入6個(gè)50mL的錐形瓶，再分別投加0.2g的GP，將錐形瓶封口置于30℃、180r/min的恒溫氣浴搖床中吸附24h。取上層清液，用0.45μm的過(guò)濾裝置過(guò)濾后，將溶液稀釋20倍，然后使用AAS測(cè)定溶液中的鉻離子和銅離子。圖3-3溶液的pH對(duì)GP-CTAB、GP吸附鉻離子的影響圖3-4溶液的pH對(duì)GP-CTAB、GP吸附銅離子的影響3.2.2結(jié)果分析由圖3-3、圖3-4可以看出，隨溶液pH增加，GP-CTAB對(duì)鉻離子跟銅離子的吸附量均出現(xiàn)了先增加后減少的情況，并且地聚合物吸附鉻離子跟銅離子的最佳pH均為5。而且當(dāng)pH不超過(guò)5時(shí)，GP對(duì)銅離子的吸附量均超過(guò)GP-CTAB，這是因?yàn)楦男院蟮腉P-CTAB表面覆蓋這一層季銨鹽陽(yáng)離子（見(jiàn)第四章），而季銨鹽陽(yáng)離子的存在，占據(jù)了原先GP表面上吸附銅離子所需要的位點(diǎn)，因此導(dǎo)致了GP-CTAB對(duì)銅離子的吸附量要低于GP。3.3吸附時(shí)間對(duì)地聚合物的吸附效果的影響3.3.1實(shí)驗(yàn)過(guò)程吸附時(shí)間對(duì)GP-CTAB的吸附效果的影響配制吸附溶液：銅濃度與鉻濃度均為50mg/L的混合溶液，試劑為AR99%的K2Cr2O7與CuSO4·5H2O，K2Cr2O7稱(chēng)0.072g，CuSO4·5H2O稱(chēng)0.101g，500mL容量瓶定容，調(diào)pH為5，往8個(gè)50mL錐形瓶倒入50mL的混合溶液，并分別加入0.2g的GP-CTAB，將錐形瓶封口置于30℃、180r/min的恒溫氣浴搖床中，在5min、10min、20min、30min、60min、120min、240min、1440min時(shí)間點(diǎn)上取上層清液，用0.45μm的過(guò)濾裝置過(guò)濾后，將溶液稀釋20倍，然后使用AAS測(cè)定溶液中的鉻離子和銅離子。吸附時(shí)間對(duì)GP的吸附效果的影響配制吸附溶液：銅濃度與鉻濃度均為50mg/L的混合溶液，試劑為AR99%的K2Cr2O7與CuSO4·5H2O，K2Cr2O7稱(chēng)0.072g，CuSO4·5H2O稱(chēng)0.101g，500mL容量瓶定容，調(diào)pH為5，往8個(gè)50mL錐形瓶倒入50mL的混合溶液，并分別加入0.2g的GP，將錐形瓶封口置于30℃、180r/min的恒溫氣浴搖床中，在5min、10min、20min、30min、60min、120min、240min、1440min時(shí)間點(diǎn)上取上層清液，用0.45μm的過(guò)濾裝置過(guò)濾后，將溶液稀釋20倍，然后使用AAS測(cè)定溶液中的鉻離子和銅離子。圖3-5吸附時(shí)間對(duì)GP-CTAB、GP吸附鉻離子的影響圖3-6吸附時(shí)間對(duì)GP-CTAB、GP吸附銅離子的影響3.3.2結(jié)果分析由圖3-5、圖3-6可以看出，隨著吸附時(shí)間的增加，吸附劑對(duì)鉻離子和銅離子的吸附量逐步上升，并且對(duì)鉻離子和銅離子的去除率也在不斷提高，并且在120min左右時(shí)，吸附劑的吸附到達(dá)飽和狀態(tài)。在吸附的前60min，可以看出吸附量增加的比較迅速，這是由于吸附前期，地聚合物的表面有著大量吸附活性位未被占用，隨著時(shí)間的推移，表面的吸附活性位逐漸被占用，空余的活性位減少，因此吸附量的增長(zhǎng)速度開(kāi)始緩慢下降，并且在120min后達(dá)到飽和狀態(tài)，并且GP-CTAB對(duì)鉻離子和銅離子的吸附量都優(yōu)于GP。3.4地聚合物投加量對(duì)吸附效果的影響3.4.1實(shí)驗(yàn)步驟GP-CTAB同時(shí)吸附鉻離子和銅離子配制吸附溶液：銅濃度與鉻濃度均為50mg/L的混合溶液，試劑為AR99%的K2Cr2O7與CuSO4·5H2O，K2Cr2O7稱(chēng)0.072g，CuSO4·5H2O稱(chēng)0.101g，500mL容量瓶定容，調(diào)pH為5，往7個(gè)50mL錐形瓶倒入50mL的混合溶液，吸附劑的投加量分別為0.2g/L、0.4g/L、0.6g/L、1.0g/L、1.5g/L、3.0g/L、5.0g/L、對(duì)應(yīng)的吸附劑的投加量為0.01g、0.02g、0.03g、0.05g、0.075g、0.15g、0.25g，將錐形瓶封口置于30℃、180r/min的恒溫氣浴搖床中吸附24h。取上層清液，用0.45μm的過(guò)濾裝置過(guò)濾后，將溶液稀釋20倍，然后使用AAS測(cè)定溶液中的鉻離子和銅離子。GP同時(shí)吸附鉻離子和銅離子配制吸附溶液：銅濃度與鉻濃度均為50mg/L的混合溶液，試劑為AR99%的K2Cr2O7與CuSO4·5H2O，K2Cr2O7稱(chēng)0.072g，CuSO4·5H2O稱(chēng)0.101g，500mL容量瓶定容，調(diào)pH為5，往7個(gè)50mL錐形瓶倒入50mL的混合溶液，吸附劑的投加量分別為0.2g/L、0.4g/L、0.6g/L、1.0g/L、1.5g/L、3.0g/L、5.0g/L、對(duì)應(yīng)的吸附劑的投加量為0.01g、0.02g、0.03g、0.05g、0.075g、0.15g、0.25g，將錐形瓶封口置于30℃、180r/min的恒溫氣浴搖床中吸附24h。取上層清液，用0.45μm的過(guò)濾裝置過(guò)濾后，將溶液稀釋20倍，然后使用AAS測(cè)定溶液中的鉻離子和銅離子。GP-CTAB吸附鉻離子配制吸附溶液：鉻濃度為50mg/L的溶液，試劑為AR99%的K2Cr2O7，K2Cr2O7稱(chēng)0.072g，500mL容量瓶定容，大燒杯倒入450mL銅溶液，調(diào)pH為5，往7個(gè)50mL錐形瓶倒入50mL的溶液，吸附劑的投加量分別為0.2g/L、0.4g/L、0.6g/L、1.0g/L、1.5g/L、3.0g/L、5.0g/L、對(duì)應(yīng)的吸附劑的投加量為0.01g、0.02g、0.03g、0.05g、0.075g、0.15g、0.25g，將錐形瓶封口置于30℃、180r/min的恒溫氣浴搖床中吸附24h。取上層清液，用0.45μm的過(guò)濾裝置過(guò)濾后，將溶液稀釋20倍，然后使用AAS測(cè)定溶液中的鉻離子。GP-CTAB吸附銅離子配制吸附溶液：銅濃度為50mg/L的溶液，試劑為AR99%的CuSO4·5H2O，CuSO4·5H2O稱(chēng)0.101g，500mL容量瓶定容，大燒杯倒入450mL銅溶液，調(diào)pH為5，往7個(gè)50mL錐形瓶倒入50mL的溶液，吸附劑的投加量分別為0.2g/L、0.4g/L、0.6g/L、1.0g/L、1.5g/L、3.0g/L、5.0g/L、對(duì)應(yīng)的吸附劑的投加量為0.01g、0.02g、0.03g、0.05g、0.075g、0.15g、0.25g，將錐形瓶封口置于30℃、180r/min的恒溫氣浴搖床中吸附24h。取上層清液，用0.45μm的過(guò)濾裝置過(guò)濾后，將溶液稀釋20倍，然后使用AAS測(cè)定溶液中的銅離子。圖3-7GP-CTAB、GP的投加量對(duì)鉻離子吸附量的影響圖3-8GP-CTAB、GP的投加量對(duì)鉻離子去除率的影響圖3-9GP-CTAB、GP的投加量對(duì)銅離子吸附量的影響圖3-10GP-CTAB、GP的投加量對(duì)銅離子去除率的影響3.4.2結(jié)果分析由圖3-7可知，投加量增加，GP以及GP-CTAB對(duì)鉻離子的吸附量均出現(xiàn)了先增后減的趨勢(shì)，且在投加量為0.4g時(shí)，吸附量達(dá)到最大值，同時(shí)GP對(duì)鉻離子的吸附量遠(yuǎn)低于GP-CTAB。由圖3-8可知，投加量增加，GP以及GP-CTAB對(duì)鉻離子的去除率先增后減，且投加量為1.0g時(shí)，去除率達(dá)到最大值，同時(shí)GP對(duì)鉻離子的去除率遠(yuǎn)低于GP-CTAB。由圖3-9可知，投加量增加，GP以及GP-CTAB對(duì)銅離子的吸附量均出現(xiàn)了遞減的趨勢(shì)，并且小于0.6g時(shí)，GP對(duì)銅離子的吸附量低于GP-CTAB；當(dāng)投加量超過(guò)0.6時(shí)，GP與GP-CTAB對(duì)銅離子的吸附量基本相近。由圖3-10可知，投加量增加，GP以及GP-CTAB對(duì)銅離子的去除率均出現(xiàn)了遞增的趨勢(shì)，并且兩者對(duì)銅離子的去除率基本相近，當(dāng)投加量超過(guò)1.0g時(shí)，GP以及GP-CTAB對(duì)對(duì)銅離子的去除率已達(dá)到100%，此時(shí)已處于完全吸附狀態(tài)。3.5吸附動(dòng)力學(xué)3.5.1實(shí)驗(yàn)步驟配制吸附溶液：銅濃度與鉻濃度均為50 mg/L的混合溶液，試劑為AR99%的K2Cr2O7與CuSO4·5H2O，K2Cr2O7稱(chēng)0.072g，CuSO4·5H2O稱(chēng)0.101g，500mL容量瓶定容，調(diào)pH為5，，往7個(gè)50mL錐形瓶倒入50mL的混合溶液，并分別加入0.2g的GP-CTAB，將錐形瓶封口置于30℃、180r/min的恒溫氣浴搖床中，在5min、10min、20min、30min、60min、120min、240min時(shí)間點(diǎn)取上層清液，用0.45μm的過(guò)濾裝置過(guò)濾后，將溶液稀釋20倍，然后使用AAS測(cè)定溶液中的鉻離子和銅離子。吸附時(shí)間對(duì)地聚合物吸附劑吸附水中鉻離子和銅離子效果的影響進(jìn)行吸附動(dòng)力學(xué)的研究，采用準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型Lagergren公式以及準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行模擬。(a)(b)圖3-11CTAB吸附Cr的準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程(a)準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程(b)模型擬合曲線(xiàn)(a)(b)圖3-12CTAB吸附Cu的準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程(a)準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程(b)模型擬合曲線(xiàn)3.5.2結(jié)果分析表3-1GP-CTAB吸附Cr準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)平衡吸附量實(shí)驗(yàn)值（mg/g）準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)平衡吸附量（mg/g）K1（min-1）R2平衡吸附量（mg/g）K2（min-1）R213.8952.27340.00670.4635714.5790.00720.99688從表3-1可知，準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型的R2為0.99688，比準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型0.46357高，且準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型中計(jì)算出來(lái)的平衡吸附量為14.579mg/g，更符合準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型，因此GP-CTAB吸附鉻離子以化學(xué)反應(yīng)為主。表3-2GP-CTAB吸附Cu準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)平衡吸附量實(shí)驗(yàn)值（mg/g）準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)平衡吸附量（mg/g）K1（min-1）R2平衡吸附量（mg/g）K1（min-1）R257.6251.9230.00480.6905359.7370.00190.99937從表3-2可知，準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型的R2為0.99937，比準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型0.69053高，且準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型中計(jì)算出來(lái)的平衡吸附量為59.737mg/g，更符合準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型，因此GP-CTAB吸附銅離子以化學(xué)反應(yīng)為主。3.6小結(jié)本章主要研究了經(jīng)過(guò)GP-CTAB與GP在pH、吸附時(shí)間、吸附劑的投加量這三方面的區(qū)別，以及研究了GP-CTAB在單獨(dú)吸附鉻離子、單獨(dú)吸附銅離子以及同時(shí)吸附鉻離子跟銅離子的三種不同環(huán)境下的吸附情況。同時(shí)也探究了CTAB投加量的改變對(duì)地聚合物吸附能力的影響，以及建立了吸附動(dòng)力學(xué)模型，求取了相應(yīng)的模型參數(shù)，探究了地聚合物對(duì)鉻離子和銅離子的吸附機(jī)理。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，兩者對(duì)鉻離子跟銅離子均有一定的吸附能力，且在各個(gè)變量下，GP-CTAB對(duì)鉻離子很銅離子的吸附能力均優(yōu)于GP。1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定了在制備過(guò)程中，單位質(zhì)量的偏高嶺土與CTAB的最佳比例關(guān)系為0.4g/g。2、pH是影響地聚合物吸附鉻離子和銅離子的一個(gè)重要因素。不同pH下的地聚合物對(duì)鉻離子和銅離子的吸附量有這明顯的差異，且地聚合物吸附鉻離子和銅離子的最佳pH為5。第四章地聚合物的表征4.1傅里葉變換紅外光譜（FTIR）圖4-1偏高嶺土與GP、GP-CTAB的紅外光譜照片由圖4-1可以看出，偏高嶺土與GP-CTAB的紅外光譜在3400cm-1-3500cm-1出現(xiàn)了吸收峰，說(shuō)明偏高嶺土與GP-CTAB兩者都存在-OH鍵，這是因?yàn)槲樟舜髿庵械乃P-CTAB的特征峰在2910cm-1和2850cm-1處,經(jīng)文獻(xiàn)查詢(xún)，為C-H伸縮和彎曲振動(dòng)特征吸收峰。部分偏高嶺土存在的峰像2370、1110、730、577cm-1等在CTAB改性后均存在，表明含有長(zhǎng)碳鏈的季銨鹽陽(yáng)離子與高嶺土發(fā)生了有效結(jié)合。而像1880cm-1峰值的消失則可能因?yàn)榻?jīng)堿性激活劑改性后發(fā)生變化。1650cm-1峰值疑似是由H-O-H的彎曲振動(dòng)引起的。約1450cm-1的弱帶可能與碳酸鹽巖振動(dòng)有關(guān)。如果在地質(zhì)聚合過(guò)程中過(guò)量使用NaOH，由于與大氣中的CO2氣體反應(yīng)，地質(zhì)聚合物表面會(huì)形成碳酸鹽。在1110cm-1和850cm-1處特征峰經(jīng)文獻(xiàn)查詢(xún)，對(duì)應(yīng)于Si-O-Si和Al-O-Si。4.2掃描電鏡分析（SEM）掃描電鏡是一種觀(guān)測(cè)材料表面微孔分布情況及其結(jié)構(gòu)的方法。通過(guò)掃描電鏡，可以獲取材料表面的相關(guān)信息。因此，本實(shí)驗(yàn)利用掃描電鏡對(duì)偏高嶺土、GP以及GP-CTAB這三種材料進(jìn)行掃描，從而來(lái)對(duì)比偏高嶺土在進(jìn)行兩種不同的關(guān)系方法處理之后，材料表面處理前后的微孔結(jié)構(gòu)的變化情況。為往下的分析提供充足的證據(jù)。圖4-1、圖4-2、圖4-3分別是偏高嶺土、GP以及GP-CTAB經(jīng)掃描電鏡處理后的圖片。圖4-1偏高嶺土的掃描電鏡照片圖4-2GP的掃描電鏡照片圖4-3GP-CTAB的掃描電鏡照片圖4-1為偏高嶺土表面的掃描電鏡照片，從圖4-2中可以看出地聚合物的表面不光滑，有很多凹坑，為吸附水溶液中的重金屬離子提供了豐富的活性位，同時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)在大孔和通道結(jié)構(gòu)中還有豐富的小孔，這些孔道結(jié)構(gòu)可以幫助重金屬離子充分地進(jìn)入地聚合物的內(nèi)部，降低了內(nèi)擴(kuò)散的阻力，從而提升吸附速率和加大對(duì)水溶液中重金屬離子的吸附量。從圖4-3可以看GP-CTAB在經(jīng)過(guò)了CTAB的有機(jī)改性之后，在GP的表面覆蓋了一層材料，由傅里葉變換紅外光譜可以知道，覆蓋在GP上面的正是CTAB的季銨鹽陽(yáng)離子，說(shuō)明地聚合物經(jīng)過(guò)改性處理之后，CTAB已經(jīng)和地聚合物發(fā)生了有效的結(jié)合。從而也證明了GP-CTAB對(duì)銅離子的吸附性能低于GP的問(wèn)題，因?yàn)镃TAB的季銨鹽陽(yáng)離子占據(jù)了原先GP吸附銅離子的點(diǎn)位。第五章結(jié)論與展望5.1結(jié)論通過(guò)對(duì)比，研究了以偏高嶺土為原料，制備了兩種不同的吸附劑：GP-CTAB和GP，在改變pH、吸附時(shí)間、吸附劑投加量的情況下，對(duì)鉻離子和銅離子的吸附量的變化，以及研究了GP-CTAB在單獨(dú)吸附鉻離子、單獨(dú)吸附銅離子以及同時(shí)吸附鉻離子跟銅離子的三種不同環(huán)境下的吸附情況。同時(shí)也探究了CTAB投加量的改變對(duì)地聚合物吸附能力的影響，以及建立了吸附動(dòng)力學(xué)模型，求取了相應(yīng)的模型參數(shù)，探究了地聚合物對(duì)鉻離子和銅離子的吸附機(jī)理。而且對(duì)上面兩種吸附劑做了掃描電鏡、傅里葉變換紅外光譜等現(xiàn)代分析技術(shù)，對(duì)偏高嶺土以及地聚合物樣品進(jìn)行了比對(duì)，得到的主要結(jié)論如下：1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定了在制備過(guò)程中，單位質(zhì)量的偏高嶺土與CTAB的最佳比例關(guān)系為0.4g/g。2、pH是影響地聚合物吸附鉻離子和銅離子的一個(gè)重要因素。不同pH下的地聚合物對(duì)鉻離子和銅離子的吸附量有這明顯的差異，且地聚合物吸附鉻離子和銅離子的最佳pH為5。當(dāng)吸附環(huán)境的pH＜3或pH＞6時(shí)，地聚合物雖然對(duì)鉻離子和銅離子具有一定的吸附能力，但是吸附量卻很低。其主要原因是由于在pH值低的溶液存在著大量的H+，它們會(huì)與水溶液中的銅離子形成競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，吸附劑表面的活性點(diǎn)位會(huì)有一部分被H+所占據(jù)，從而降低了對(duì)銅離子的吸附能力。當(dāng)pH值上升至6時(shí)，此時(shí)水溶液的顏色相較與pH值為5時(shí)的水溶液明顯變藍(lán)，雖然未見(jiàn)明顯的沉淀，但此時(shí)有一部分Cu2+已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)镃u（OH）+，隨時(shí)可能生出沉淀。而當(dāng)pH＞7時(shí)，溶液中會(huì)產(chǎn)生氫氧化物沉淀。3、實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)GP-CTAB對(duì)鉻離子的吸附性能優(yōu)于GP，但GP-CTAB對(duì)銅離子的吸附性能卻比GP差。通過(guò)傅里葉變換紅外光譜與掃描電鏡，發(fā)現(xiàn)是GP-CTAB表面覆蓋了CTAB的季銨鹽陽(yáng)離子，占據(jù)了原先GP吸附銅離子的點(diǎn)位，從而導(dǎo)致GP-CTAB對(duì)銅離子的吸附性能低于GP。5.2展望1、本實(shí)驗(yàn)探究了以偏高嶺土為原料，制備了兩種不同的吸附劑：GP-CTAB和GP，在不同變量下對(duì)鉻離子和銅離子的吸附能力，結(jié)果均顯示GP-CTAB具有更加優(yōu)異的吸附能力，所以后續(xù)研究可以就GP-CTAB的微孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。2、實(shí)驗(yàn)探討了GP-CTAB對(duì)鉻離子和銅離子的吸附作用但還未對(duì)其對(duì)已經(jīng)吸附在表面的鉻離子和銅離子固化效果以及其如何固化重金屬離子進(jìn)行更深一步的研究。3、本實(shí)驗(yàn)只是用重鉻酸鉀和五水硫酸銅制備的溶液來(lái)模擬廢水中的鉻離子和銅離子，但沒(méi)有更深一步探究地聚合物在其他離子存在的條件下對(duì)鉻離子和銅離子的吸附情況，而且實(shí)際狀態(tài)的廢水中成分更復(fù)雜，不僅存在大量不同的重金屬離子，而且還含有眾多的無(wú)機(jī)物、有機(jī)物等。后續(xù)可以模擬實(shí)際廢水的成分，對(duì)地聚合物的吸附情況進(jìn)行更加全面的研究，如多種重金屬離子存在的情況下，地聚合物的競(jìng)爭(zhēng)吸附等。參考文獻(xiàn)[1]Garcia-NinoWR,Pedraz-ChaverriJ.Protectiveeffectofcurcuminagainstheavymetals-inducedliverdamage[J].