论文题目：导向剂对煤矸石合成超微分子筛的影响的研究 专 业：化学与化工
本 科 生：张赛 （签名） 指导老师：杨建利 （签名）
摘 要
工业废水处理是目前废水处理的难点之一。废水中含有大量的重金属离子，对人体的危害巨大。超微分子筛是目前分子筛领域的主要发展趋势之一。由于晶粒尺寸极小，外表面积和表面原子数增大、表面能增高、表面酸量增大、外露孔口增多、孔道缩短、孔容及孔隙率增大，其对金属离子的吸附能力也将增强。探讨超微分子筛吸附能力和最优化吸附条件，将是目前分子筛应用于工业废水处理领域的一个重要研究课题。
本研究采用水热合成法制备超微分子筛，使用XRD、红外光谱扫描和扫描电镜进行分析，通过吸附试验表明超微分子筛具有更强的吸附性能。并且确定超微5A分子筛的最优化吸附条件为：常温25℃、pH=11、最佳吸附时间大于1h。对铬离子的吸附试验表明，超微5A分子筛对铬离子的最大吸附量为0.037mg/mg；拟合结果显示，超微5A分子筛对铬离子的吸附满足Langmuir 吸附等温式，其吸附速率满足二级吸附速率方程。
关键词：超微5A分子筛；重金属离子；铬离子；吸附
研究类型：应用基础
Subject : The Study of Adsorption of Heavy metal ions on Ultramicro 5A
molecular sieving
Specialty : Chemical Engineering and Technology Name : Zhang Sai (Signature) Instructor: Yang Jianli (Signature)
ABSTRACT
Industrial wastewater treatment is one of the difficulties of wastewater treatment. Wastewater contains a lot of heavy metal ions，which is harmful for human. Ultra-molecular sieving is a main trend in the development of molecular sieving field at present. Because the crystalline grain size is very tiny, its outer surface area and the atom number of surface increased sharply, surface energy accreted, surface acid amount augmented, exposed ostiole augmented, aperture shortened, pore volume and pore rate improved, the adsorption capacity for metal ions will also change. It is an important research topic in the field of wastewater treatment industry to investigate the adsorption strength and the optimal conditions of ultramicro molecular sieving.
This study adopts sugar and microwave method to prepare ultramicro 5A molecular sieving. Using XRD, IR spectra and SEM analysis, the results show that both methods can be prepared by ultramicro 5A molecular sieving. Through adsorption experiments show that ultramicro 5A molecular sieving has a stronger adsorption. The optimum adsorption conditions were: temperature 25 ℃ and pH = 11, more than 1h. Adsorption test for Cr showed that the maximum adsorption of chromium ion on utramicro 5A molecular sieve is 0.373mg/mg.The fitting results showed that adsorption of chromium ion on utramicro 5A molecular sieve meets the Langmuir isotherm, and the adsorption rate meets the 2 Grade adsorption rate equation.
Keywords: Ultramicro 5A molecular sieving, Heavy metal ions,Cr3+,Adsorption Thesis : Applied Basis
目 录
1 绪 论 .................................................................................................................................... 1
1.1 引言 ................................................................................................................................ 1 1.2 分子筛结构的特点 ........................................................................................................ 1 1.3 分子筛的性质 ................................................................................................................ 4 1.4 国内外分子筛研究动态与发展趋势 ............................................................................ 5 1.5 国内外分子筛研究动态与发展趋势 ............................................................................ 5 1.6 分子筛的合成方法 ........................................................................................................ 7 1.7 分子筛的应用 ................................................................................................................ 8 1.8 本课题的研究意义 ........................................................................................................ 9 2 超微5A分子筛的制备 ....................................................................................................... 10
2.1 试验方案的确定 .......................................................................................................... 10 2.2 原料药品及仪器 .......................................................................................................... 10 2.3 超微5A分子筛的合成路线 ....................................................................................... 11 2.4 分子筛的制备 .............................................................................................................. 11
2.4.1 常规法 ................................................................................................................ 12 2.4.2 加入蔗糖法 ........................................................................................................ 12 2.4.3 微波法 ................................................................................................................ 12 2.5 分子筛结构和性能的表征 .......................................................................................... 13
2.5.1 X射线衍射法 ..................................................................................................... 13 2.5.2 红外光谱分析 .................................................................................................... 14 2.5.3 扫描电镜 ............................................................................................................ 14 2.5.4 产品的表征 ........................................................................................................ 14
3 吸附试验 .............................................................................................................................. 17
3.1 分析方法 ...................................................................................................................... 17 3.2 结果与讨论 .................................................................................................................. 19
3.2.1 常规和超微5A分子筛吸附效率的比较 ......................................................... 19
3.2.2 温度对超微分子筛吸附量的影响 .................................................................... 19 3.2.3 pH的影响 ........................................................................................................... 20 3.2.4 超微5A分子筛的加量对吸附效率的影响 ..................................................... 21 3.2.5 超微5A分子筛的吸附等温线 ......................................................................... 21 3.2.6 分子筛对铬离子的吸附速率 ............................................................................ 24
4 结 论 .................................................................................................................................. 28 致 谢 .................................................................................................................................... 29 参考文献 .................................................................................................................................... 30
1 绪 论
1.1 引言
随着工业的迅速发展，废水的种类和数量迅猛增加，对水体的污染也日趋严重，威胁人类的健康和安全。尤其是工业废水中含有大量的重金属离子，其对人体健康有更大的威胁。因为这些重金属与蛋白质结合不但可导致中毒，而且能引起生物累积。重金属原子结合到蛋白质上后，就不能被排泄掉，并逐渐从低剂量累积到较高浓度，从而造成危害。对于保护环境来说，工业废水的处理比城市污水的处理更为重要。由于工业废水中的重金属离子不能被分解破坏，所以工业废水的处理虽然早在19世纪末已经开始研究，并且在随后的半个世纪进行了大量的试验研究和生产实践，至今仍有一些技术问题没有完全解决。
无机多孔材料由于具有较大的比表面积和吸附容量，在吸附、分离、催化等领域具有广泛的应用[1]。在无机多孔材料中，最常用的是以分子筛为代表的微孔材料。自上世纪六十年代分子筛作为催化剂应用于工业以来，这些微孔材料在石油化工领域中取得了巨大成功。鉴于分子筛的上述特点和在石油化工领域所取得的成就，将分子筛应用于工业废水处理具有很强的实际意义。
关于分子筛的起源，要追溯到18世纪中叶，人们通过对天然沸石的研究，提出了“分子筛”的概念，以描述其分子大小的孔道结构及对分子的筛分效应。按照国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）的定义，分子筛材料根据孔径大小分为三类：孔径尺寸小于2μm的微孔(microporous)分子筛、孔径尺寸大于50μm的大孔(macroporous)分子筛以及孔径尺寸介于2～50μm的介孔(mesoporous)分子筛[1]。
当分子筛的粒度从常规微米级降低到亚微米级甚至纳米级后，它的一些性质都较普通微米级分子筛发生了巨大变化。相对于普通分子筛，超微分子筛具有更大的比表面积、孔容积和孔隙率，使其吸附性能大大增强。因此，对超微分子筛的研究越来越受重视。
1.2 分子筛结构的特点
分子筛是一类具有大量孔道结构的无机微孔材料。追溯起来，分子筛的发展已经历了200 多年的历程，从最初的天然沸石到后来的人工合成分子筛。到目前为止，天然沸石已发现有40 余种，人工合成分子筛已达上百种[2]。几种常见的沸石分子筛的化学组成和孔径大小如表1-1所示。
构成分子筛骨架的最基本的结构是硅氧(SiO4)四面体和铝氧(AlO4)四面体。在这种四面体中[3]，中心是硅(或铝)原子，每个硅(或铝)原子的周围有四个氧原子，其平面结构如
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