《凹凸棒土复合材料制备及其吸附分离有机染料性能研究》

技术简介：

凹凸棒土(Attapulgite,ATP)具有独特的棒状形态,使其具有丰富的孔隙和较大的表面积,并有许多活性位点,在去除有机染料方面有一定的应用,但ATP粉末状态难以与水溶液分离且选择性低,限制其应用。因此,可以对ATP进行改性,提高其对目标物的吸附能力。本研究以凹凸棒土为基质材料,通过凝胶法、插层法、共混-交联等方法制备凹凸棒土复合材料用于吸附去除有机染料。采用多种方法对制备的三种吸附材料进行理化性质表征,通过吸附实验研究其对有机染料的吸附性能及吸附机理,具体如下:(1)采取预发泡法制备泡沫,将水泥与水反应形成水化硅酸钙凝胶,通过凝胶法与ATP粉末混合制备了凹凸棒土硅酸盐水泥多孔复合材料(ATP-PC),用于有机染料的吸附去除。理化表征结果显示材料具有蜂窝状多孔结构,热稳定性好。静态吸附实验结果显示,染料吸附过程主要遵循拟二级动力学模型和Langmuir等温线模型。溶液初始浓度2000mg·L~(-1)、温度295K、pH为5.0时,吸附量为38.25mg·g~(-1),去除率为75.6%。经热解法再生4次后,材料吸附容量下降19.8%,具有良好的再生能力。(2)采用插层法将氧化石墨烯(Grapheneoxide,GO)插入ATP层间制备GO-ATP,与壳聚糖(Chitosan,CS)、聚乙烯醇(polyvinylalcohol,PVA)共混-交联制备GO-ATP@CS-PVA气凝胶,用于吸附结晶紫染料(Crystalviolet,CV)。表征结果表明,GO-ATP层间距从ATP的1.063nm提高到1.185nm,比表面积为187.65m~2·g~(-1),PVA的加入提高了气凝胶材料的热稳定性。静态吸附实验中,材料在302K、pH为9.0、初始浓度200mg·L~(-1)时,吸附量138.28mg·g~(-1),具有优异的吸附能力,拟二级动力学、Freundlich、Temkin等温线模型能较好的描述吸附过程。(3)采用四硼酸钠(Sodiumtetraborate,STB)改性ATP,引入硼酸基团提高了材料对染料的选择性,后与CS和羟乙基纤维素(Hydroxyethylcellulose,HEC)交联,制备STB-ATP@CS-HEC气凝胶,用于去除罗丹明B染料(RhodamineB,Rh B)。理化表征结果表明,该气凝胶具有良好的溶胀性,60min达到溶胀平衡,溶胀率为1172.5%。基于拟二级模型、Temkin和Freundlich等温线模型,可以较好描述气凝胶对RhB染料的吸附行为,主要是化学单分子层吸附。在303K材料20mg投加到50m L初始浓度为250mg·L~(-1)的RhB染料中,吸附量178.83mg·g~(-1)。材料有良好的吸附再生能力,在染料废水处理领域具有良好的应用前景。

研发人员：孙伟凯