铝柱撑蒙脱石的制备、结构及其吸附性能研究-矿物加工工程专业论文.docx

摘要铝柱撑蒙脱石是一种具有良好吸附性能的新型矿物材料，其结构和性能与柱撑剂的 结构和性能、制备工艺参数控制关系密切。因此，深入研究铝柱撑蒙脱石的形成机理以 及结构和性能的变化规律，对于改进铝柱撑蒙脱石的应用性能具有重要意义。本文从羟 基铝柱撑剂的结构及性能研究入手，以表面活性剂为结构调节剂，系统研究铝柱撑蒙脱 石的制备及其形成机理、表面活性剂对铝柱撑蒙脱石的结构和性能的影响规律和影响机 制，并系统研究了不同条件下铝柱撑蒙脱石对Cr6+的吸附规律和机理。通过对羟基铝聚合阳离子（Keggin离子）的制备工艺条件研究，提出了铝形态的控 制方法及最佳制备工艺参数：在碱化度为2.4，加热温度为80℃，进样速度为1mL/min，搅拌速度为300r/min，氯化铝和碳酸钠浓度分别为0.2mol/L和0.4mol/L，室温下陈化1d的实验条件下，制备了单体形态Ala、聚合形态Alb和凝胶聚合态Alc含量分别为2.21%、87.51%、10.28%的高效羟基铝柱撑剂。利用XRD、TG-DTA、FTIR光谱、SEM、EDS能谱、比表面积和孔径分析等手段，系统研究了铝柱撑蒙脱石制备工艺条件及其结构的变化规律。研究结果表明，投料比、 煅烧温度、干燥方式对铝柱撑蒙脱石的层间距、比表面积、孔结构和表面性质影响显著，室温自然风干法制备的产物的d(001)值和比表面积最大；不同条件下制备的铝柱撑蒙脱石 的BET比表面积、表面分形维数值和表面粗糙度均远大于未柱撑前的钠化蒙脱石，并与 层间距d(001)大小成正相关关系，且其孔结构是平行板狭缝型孔或由结构层板与邻近的膨 润土面或板接触而形成的“卡房状”楔形孔，最可几孔半径均在2nm左右，属于中孔范 畴；羟基铝柱撑剂对铝柱撑蒙脱石的影响存在“柱撑效应”、“新孔新面效应”、“堵塞效 应”和“光滑封堵效应”，这四种效应作用的强弱与羟基铝柱撑剂用量密切相关。系统研究了表面活性剂对铝柱撑蒙脱石的结构和性能的调控作用。研究表明，在制 备铝柱撑蒙脱石过程中预先插入表面活性剂，表面活性剂的种类和用量对产物的层间距、比表面积和表面性质等影响显著。随着十二胺(DA)和十二烷基三甲基氯化铵(DTAC)加入 量的增加，经过DA预先改性的铝柱撑蒙脱石(DA-Al-M)和DTAC预先改性的铝柱撑蒙 脱石(DTAC-Al-M)的疏水性增加，质量损失随之递增，层间距、比表面积和总孔容积均 呈先增加后减少趋势；当DA和DTAC用量分别为0.5CEC和0.75CEC时，所制备的铝柱撑蒙脱石的层间距和比表面积均达最大值；当DA和DTAC用量分别大于0.5CEC和0.75CEC 时，所制备的铝柱撑蒙脱石的层间距和比表面积随着用量的增加而减小，表面 活性剂对铝柱撑蒙脱石的“堵塞效应”占主导地位；在DA和DTAC用量相同的条件下，添加DA所制备的样品的层间距和比表面积明显大于添加DTAC的样品。DA-Al-M和 DTAC-Al-M样品的层间既具有DA或DTAC的成分结构也具有Keggin离子的成分结构，其热稳定性取决于层间柱子密度。与未预先加入表面活性剂的铝柱撑蒙脱石相比较，DA-Al-M和DTAC-Al-M样品的表面分形维数值降低，表面相对较平滑。 通过对铝柱撑蒙脱石合成的热力学和动力学研究，发现羟基铝聚合阳离子在蒙脱石上的吸附过程主要遵从准二级动力学模型，吸附等温线符合 Redlich-Peterson 等温线模 型，其吸附过程为吸热过程，存在氢键力、偶极间力和范德华力的共同作用。不同条件制备的铝柱撑蒙脱石对Cr6+的吸附性能的研究结果表明，铝柱撑蒙脱石对 Cr6+的吸附量随着 Cr6+初始浓度和吸附时间的增加而增大，添加表面活性剂所制备的铝 柱撑蒙脱石（DA-Al-M和 DTAC-Al-M样品）对Cr6+的吸附量均远大于未预先加入表面 活性剂的铝柱撑蒙脱石，且在DA和DTAC用量相同的条件下，DA-Al-M样品对Cr6+的吸附量大于DTAC-Al-M的。铝柱撑蒙脱石和表面活性剂改性铝柱撑蒙脱石对Cr6+的 吸附过程符合准二级动力学模型，是由颗粒内扩散和膜扩散联合控制的，其吸附等温线 符合Redlich-Peterson等温线模型。关键词：铝柱撑蒙脱石，羟基铝柱撑剂，表面活性剂，结构，吸附ABSTRACTAl-pillaredmontmorilloniteisakindofnewmineralmaterialwithgoodadsorptionperformance,thestructureand performanceofwhichiscloselyrelatedtothestructureandpropertyofpillaredreagentsandthepreparationparameters.Therefore,thoro