随着工业文明的发展,工业废水和生活污水排放量越来越大,水资源面临着严峻的恶化和短缺。在处理废水的众多方法中,吸附法在此领域内得到了广泛应用。天然凹凸棒储量丰富、廉价易得,其拥有较大的比表面积和孔隙体积,具有较强的离子交换能力和络合作用,是一种环境友好型吸附材料。本研究以天然凹凸棒为原料,进行了凹凸棒的改性实验以提高其吸附水中重金属Cd²⁺的能力,探讨了改性机理,并对吸附动力学和热力学进行了分析。本课题研究了4种无机改性方法,考察了酸、碱单一改性方法及酸-碱、碱-盐复合改性方法对凹凸棒吸附性能的影响,结果表明最佳的改性方法为碱改性,最佳改性条件为氢氧化钠浓度5 mol/L,时间60 min,温度90°C,其最大吸附量为91.03 mg/g。经表征分析表明,强离子交换作用、活性位点及表面负电荷增多是碱改性的改性机理,其中离子交换作用占起主导地位。酸改性的凹凸棒中离子交换作用弱、活性位点不易与重金属络及表面电荷排斥重金属离子,导致了其吸附能力较弱。本文还对凹凸棒进行了有机改性,在酸预处理的基础上进行巯基和氨基改性,并分别进行响应面试验和正交试验。结果表明,巯基改性凹凸棒的改性效果较好,优化后的最佳吸附量为30.57 mg/g,其优化条件为:偶联剂投加量4.90 m L,回流时间5.82 h,pH=6.5。对凹凸棒进行碱改性和巯基改性的复合改性,结果表明,相对于单一的碱改性,此方法改性后凹凸棒的吸附性能有所降低。原因是巯基链被接枝到碱改性的凹凸棒上,使凹凸棒孔道体积减小,离子交换作用受阻,使其吸附能力下降。最后对改性凹凸棒的吸附过程进行动力学和热力学分析,结果表明初期凹凸棒的吸附较快,其吸附是一个吸热的自发过程,适于在较高的温度环境下反应。同时本文对吸附后的凹凸棒进行解吸以实现重复利用,解吸后的凹凸棒吸附量是解吸前的87%,解吸效果较好,重复利用能力较强。