粉煤灰基磁性A型沸石的合成及其吸附性能研究

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现代工业的快速发展造成了日益严重的环境污染问题。其中染料由于其毒性大、难分解等性质可对环境以及生物体造成极大的危害,引起了人们的普遍关注。与此同时,粉煤灰的排放和后期处理也造成了严重的环境问题。因此以廉价易得的粉煤灰为原料合成磁性A型沸石并将其应用于染料废水的吸附处理,具有十分重要的意义。A型沸石分子筛具有独特的孔穴骨架结构和较大的比表面积,同时拥有良好的耐高温、耐酸碱的性质,这些特性使其具有优异的物理化学性能。但是由于A型沸石为纳米粒子,在完成吸附过程之后很难实现与物质的快速分离以及循环再生,磁性载体技术可将具有强磁性的物质均匀地分散到弱磁性或无磁性的基体表面,增加磁化率,从而实现基体在外磁场的作用下能与作用体系快速分离的目的,正好为解决这些方面的问题提供了可靠的理论基础。本课题以粉煤灰为实验原料,通过碱熔融水热合成法制备了磁性A型沸石,从合成方法、对亚甲基蓝吸附性能、再生性能三个方面开展了一系列的研究,得到以下结论。经过多次地实验探究得出合成磁性A型沸石的条件为:硅铝比为1,锻烧温度为600℃,煆烧时间为120min,液固比为6,碱灰比为1.2,晶化温度为100℃,晶化时间为4h。同时XRD分析、扫描电镜分析、红外分析和磁性能分析,结果均表明成功合成了磁性A型沸石,合成产物呈典型的磁性A型沸石形貌,Fe304微粒的引入没有破坏A型沸石的晶体结构。通过振动样品磁强计测试出Fe304微粒的饱和磁化强度为80emu/g,磁性A型沸石的饱和磁化强度为15.8emu/g。采用紫外可见分光光度计对合成产品对亚甲基蓝的吸附性能进行测试,结果表明产品对亚甲基蓝具有较好的吸附性能。在亚甲基蓝初始浓度设为30mg/L,溶液pH值为8.0,吸附剂质量0.3g/L的常温条件下,吸附进行50min时,吸附达到平衡,吸附剂对亚甲基蓝的吸附量为95.76mg/g,去除率可达95.76%;电解质溶液的浓度对吸附效果的影响不大;采用拟一级动力学方程能够准确的描述磁性A型沸石对亚甲基蓝的吸附行为,同时表明其吸附过程为吸热过程,适当的升高温度将有利于提高吸附速率,缩短吸附达到平衡时所需时间;通过Langmuir等温吸附方程拟合得出的最大吸附量为1047.75mg/g,吸附形式为单分子层吸附;Freundlich方程的参数n大于1,表明磁性A型沸石对亚甲基蓝的去除较容易进行。经过再生实验得出结论:在相同条件下对A型沸石和磁性A型沸石进行固液分离实验,得出A型沸石与磁性A型沸石分别需要108min和0.5min,说明磁性A型沸石可实现快速的固液分离。且在酸性条件下,解吸后的磁性A型沸石对亚甲基蓝的吸附效果较好,表明在解吸过程中未破坏磁性A型沸石的分子骨架结构,保持了较好的吸附性能;在HCI溶液浓度为0.4mol/L时,再生效果最佳,解吸率为93.42%,再生率为91.83%,说明适当的增加HCI溶液浓度将有助于磁性沸石的再生,再生后的磁性A型沸石具有较好的循环利用性。
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