水滑石及煅烧水滑石清除造纸白水中阴离子垃圾的研究

【摘要】本论文利用水滑石类化合物特殊的结构和性质,以水滑石(HTs)及煅烧水滑石(CHTs)作为吸附剂,清除造纸白水中的阴离子垃圾(Anionictrash,AT),降低白水中的污染物负荷,减轻污染物对纸品的生产和质量带来的不利影响。本论文成果对造纸工业的清洁生产和节能减排具有积极的促进作用,对某些工业废水中的污染物的去除也具有一定的借鉴价值。采用共沉淀法制备了镁铝摩尔比为1：4、1:1、2:1、3：1和4：1碳酸根柱撑的水滑石(分别记为HT-1/4、HT-1、HT-2、HT-3和HT-4),经煅烧制得煅烧水滑石(分别记为CHT-1/4、CHT-1、CHT-2、CHT-3和CHT-4)。所制备的HTs具有预期的层状结构。CHTs经煅烧后,层状结构塌陷,得到混合镁铝氧化物。HTs和CHTs的粒子尺寸在5-50μm之间。CHTs的比表面积大于HTs。使用HTs及CHTs作为吸附剂,吸附白水中木素降解物的模型物——苯甲酸(BA)和磺化木素的模型物——对甲苯磺酸(p-TSA)。HTs和CHTs对BA的平衡吸附量随pH值的增加而降低。两者对BA的吸附过程均符合拟二级吸附动力学方程。吸附数据均符合Freundlich吸附等温模型。HT-2对BA的吸附属于吸热反应,并且为表面吸附：而CHT-2对BA的吸附属于放热反应,由“记忆效应”和表面吸附共同作用进行的。CHTs对p-TSA的平衡吸附量随着pH的增加变化不大。吸附数据符合Langmuir吸附等温模型,在298K时的最大吸附量为68.49mg/g。吸附动力学数据符合粒子内扩散方程。使用CHTs作为吸附剂,吸附白水中抽出物的主要成分枞酸(Abieticacid,AA),CHTs对胶体AA的吸附百分率随着pH和Mg/Al摩尔比的增加而降低。CHT-2对胶体AA的吸附数据符合Langmuir吸附等温模型,在323K时的最大吸附量为434.78mg/g。吸附过程符合拟二级动力学方程。由平均吸附自由能(E)可知吸附机理属于物理吸附。吸附剂经过5次循环使用后保持了原始吸附量的80%。对于HTs或CHTs对离子AA-的吸附量随着煅烧温度的增加先增加后降低,在500℃时达到最大值。除了硫酸根外,不同阴离子柱撑的HTs的煅烧产物对AA-具有较高的吸附能力。相对于吸附胶体AA,吸附剂吸附AA-的再生能力较低,经过5次循环回用后,对AA-的吸附量仅为初始量的约20%。吸附机理的研究表明AA-进入了重建后的HT-2层间,实现了结构重建。使用CHTs作为吸附剂对模拟白水中的AT进行吸附,结果表明,CHTs对模拟白水中的溶解物(DS)、胶体物(CS)和溶解木素的吸附均取得了良好的效果。吸附剂的Mg/Al摩尔比对DS、CS和木素的吸附几乎没有影响。随着吸附时间的增加,CHT-3对三者的吸附百分率均呈现上升趋势。模拟白水pH的增加对吸附的影响不大。随着HT煅烧温度的增加,吸附剂对DS的吸附百分率增加,而对CS和木素的吸附百分率先增加后降低,在500℃时达到最大值。吸附剂循环回用5次后,对CS的吸附保持了初始吸附百分率的92%,而对木素的吸附保持了初始吸附百分率的约80%。
【作者】杨冬梅；
【导师】宋湛谦；钱学仁；
【作者基本信息】东北林业大学，林产化学加工工程，2013，博士
【关键词】水滑石；煅烧水滑石；白水；阴离子垃圾；吸附；

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