以坡缕石为基材的新型金属捕集剂的制备及其性能研究

处理含重金属废水方法包括化学沉淀法、生物处理法、吸附法。因吸附法处理效果较好、简单易行，工业上被广泛采用，但常用的吸附材料存在吸附量低、再生能力差、成本高等原因，急待开发高效、适用范围广的新型材料。当前粘土吸附剂是国内外研究的热点之一，而实际应用中仍存在一些不足，如吸附量低或鳌合能力不能充分满足水处理的需要。本研究工作以甘肃地产坡缕石粘土为基材，旨在寻求提高坡缕石对重金属离子的吸附量的方法。具体内容如下：1.柱撑和酸化相结合，增加粘土内部孔道，提高比表面积；2.微波技术引发含硫单体聚合与粘土形成复合材料；3.反相悬浮法制备壳聚糖/坡缕石复合微球。着重研究吸附材料对重金属离子的吸附选择性，通过对不同重金属离子的吸附动力学、热力学的研究，闸明吸附规律和机理。该研究对坡缕石粘土基质的吸附材料在环保、冶金及化学工程等领域的应用提供理论依据的同时，也对促进甘肃非金属矿的深加工具有特别重要的经济意义。

坡缕石为层—链状过渡特殊结构的硅酸盐矿物，因内部多孔道，比表面大及良好的热稳定已在石油钻井、炼油、冶炼铸造、环保、医药、农药、汽车、国防工业等诸多领域应用。本基金项目依据文献，重点研究了酸化坡缕石、小分子化合物修饰坡缕石、高分子/坡缕石复合材料、金属氧化物/坡缕石四类吸附剂对金属离子的吸附及吸附机理，旨为其在污水处理中的实际应用提供依据。不破坏坡缕石结构，不同浓度的盐酸、硫酸、硝酸对甘肃产坡缕石进行酸化处理，0.5mol/L硝酸处理后的坡缕石吸附Pb2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+的效果优于其它无机酸酸化的坡缕石，吸附机理为物理吸附；以硫脲、水杨醛席夫碱、2-氨基噻唑、苯并三氮唑等化合物修饰坡缕石，对Cr6+、Pb2+、Cu2+、Ni2+、Mn2+进行吸附测试，吸附结果表明修饰型坡缕石对金属离子的吸附有两种物理吸附、化学吸附，即：黏土自身吸附及硫、氧、氮元素与金属离子的配位吸附。金属离子的吸附过程多符合准二级动力学模型和Langmuir方程；聚乙烯亚胺/坡缕石、多羟基树状高分子/坡缕石、羧甲基纤维素钠/坡缕石三种有机/无机复合材料，对Pb2+、Cu2+、Ni2+的吸附中Pb2+效果最好。常温下，10 mg三种复合吸附剂在pH为5、初始浓度是50mg/L的Pb2+水溶液中振荡90 min，吸附量几乎为50 mg/g。复合材料吸附性能优于小分子化合物修饰坡缕石的原因是：聚合物拥有可与Pb2+配位的原子个数(N、O、S)多于小分子化合物；铝插层坡缕石负载零价纳米铁、坡缕石负载镁铝或锌铝双氢氧化物对Pb2+、Cu2+、Ni2+的吸附高于酸化坡缕石，原因是Al(OH)3、镁铝双氢氧化物在吸附剂焙烧过程中生成金属氧化物，使坡缕石产生了一些新孔道，增加了吸附剂的比表面积，有利于金属离子的吸附。这一结果也可通过天然坡缕石、酸化坡缕石、Al2O3/坡缕石对水中阴离子AsO43-的吸附能力顺序佐证：Al2O3/坡缕石 > 酸化坡缕石 > 天然坡缕石。. 通过对不同坡缕石基材的吸附剂研究的结果，将对不同产地坡缕石采用不同方法生产加工提供较有利的实验数据支撑，也对坡缕石应用提供新思路。