tio2凹凸棒土复合催化剂的制备及光催化降解染料废水的研究(附件)【字数：11765】
摘 要摘 要随着社会的发展，印染业加速发展，染料废水给环境带来严重的污染，也对人类的健康造成危害。采用江苏盱眙的凹凸棒土，经酸改性，然后负载TiO2，制备复合催化剂，研究其光降解甲基橙染料废水的效果。探讨TiO2/凹凸棒土复合催化剂的投加量、光照时间、煅烧温度、甲基橙初始浓度、光照强度等因素对甲基橙降解效率的影响。选取凹凸棒土与TiO2的质量比为1:3作为适宜的负载比例，通过单因子变量，讨论TiO2/凹凸棒土催化剂对甲基橙废水降解效果的影响。实验结果表明，当TiO2/凹凸棒土催化剂的投加量在3g/L，450℃下焙烧2h，光降解40min，光照强度为500W时，对初始浓度为30mg/L的甲基橙废水的脱色率能够达到90%以上。相同条件下，纯凹凸棒土对甲基橙的脱色率仅为15.9%。可见光的照射下，TiO2/凹凸棒土和纳米级TiO2对甲基橙的降解率分别为28.7%和19.6%，拓宽了纯TiO2的应用范围。关键词凹凸棒土；TiO2；负载；光催化
目 录
第一章 绪论 1
1.1 凹凸棒石粘土的概况 1
1.1.1 凹凸棒石粘土的简介 1
1.1.2 凹凸棒石粘土的改性提纯 1
1.1.3 凹凸棒土的应用 3
1.2 TiO2的简介 4
1.2.1 TiO2的性质 4
1.2.2 TiO2的应用 4
1.3 染料废水的研究现状 5
1.3.1 染料废水的来源及其危害 5
1.3.2 染料废水的处理方法 5
1.3.3 TiO2/凹凸棒土复合催化剂对染料废水的研究 6
1.4 实验目的和内容 7
1.4.1 实验目的 7
1.4.2 实验内容 7
第二章 实验材料和方法 9
2.1 实验仪器与药剂 9
2.1.1 实验仪器 9
2.1.2 实验药剂 9
2.2 甲基橙标准曲线的绘制 10
2.2.1 标准曲线的绘制 10
2.2.2 染料废水的测定方法 10
2.3 TiO2/凹凸棒石复合催化剂的制备 11
2.3.1 凹凸棒土的预 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
处理 11
2.3.2 TiO2/凹凸棒石复合催化剂的制备 11
第三章 实验结果与讨论 12
3.1 TiO2/凹凸棒土复合催化剂的光降解研究 12
3.1.1 凹凸棒土的酸改性预处理 12
3.1.2 投加量的影响 12
3.1.3 煅烧温度的影响 13
3.1.4 染料浓度对降解率的影响 14
3.1.5 紫外光照时间对降解率的影响 15
3.1.6 紫外光照强度对降解率的影响 16
3.1.7 超声振荡对降解率的影响 17
3.1.8 光源对降解率的影响 18
3.1.9 负载比例对降解率的影响 19
3.2.1 XRD的表征 20
3.2.2 SEM的表征 21
结 论 23
致 谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
1.1 凹凸棒石粘土的概况
凹凸棒石矿物几乎遍及世界各地，但具有工业意义的矿床所占比例不大。1976年，中国学者许冀泉等在中国江苏省六合县竹镇小盘山发现该矿。1982年，江苏盱眙县雍小山等发现凹凸棒石粘土矿，经江苏地勘部门勘查评价，为大型矿床规模。1984年，在南京地质矿产研究所帮助下，安徽省明光市一带也找到了凹凸棒石粘土，之后相继在全国14个省区发现凹凸棒石粘土矿床（点）。盱眙地区的品位高、储量大，
该地区优质凹凸棒石粘土已探明储量在6700万t以上，有用粘土总量达5亿t。
1.1.1 凹凸棒石粘土的简介
凹凸棒土又称坡缕石（Palygorskite）或坡缕缟石，属于一种具链层状结构的含水富镁硅酸盐亚类，凹凸棒土海泡石亚族粘土矿物[1]。其结构属2:1型粘土矿物，在每个2:1单位结构层中，四面体晶片角顶隔一定距离方向颠倒，形成层链状晶体结构和两层硅氧四面体夹层，镁（铝）氧原子八面体组成的结构单元。在四面体条带间形成与链平行的通道，通道横断面约3.7×6.3A°，通道中充填沸石水和结晶水。凹凸棒石为一种晶质水合镁铝硅酸盐矿物，具有独特的层链状结构特征，在其结构中存在晶格置换，帮晶体中含有不定量的Na+、Ca2+、Fe3+、Al3+，晶体呈针状，纤维状或纤维集合状。凹凸棒石具有独特的分散、耐高温、抗盐碱等良好的胶体性质和较高的吸附脱色能力。并具有一定的可塑性及粘结力，其理想的化学分子式为：
Mg5Si8O20(OH)2(OH2)44H2O。
1.1.2 凹凸棒石粘土的改性提纯
（1）高温改性：去除凹凸棒石粘土结构中状态水。在不同温度煅烧的凹凸棒石粘土，使得凹凸棒石粘土的针棒状团变得疏松多孔，空隙容积和比表面积得到了增加，吸附性能得到提高。2012年，姜伟平[2]用热处理改性凹凸棒石粘土吸附SO2，探讨不同温度下O2和H2O含量对凹凸棒石粘土吸附SO2的影响。结果表明：凹凸棒石粘土对SO2的吸附量随着温度的升高先增后减。温度在50℃到300℃的范围内，O2的存在不影响凹凸棒石粘土吸附SO2，说明仅凹凸棒石粘土对凹凸棒石粘土不起催化作用。温度低于100℃，H2O与SO2竞争吸附，H2O的存在阻碍了凹凸棒石粘土吸附
SO2。温度高于100℃时，H2O的存在对凹凸棒石粘土吸附SO2无影响。
（2）酸改性：去除凹凸棒石粘土通道中的杂质。使用不同浓度，不同种类的酸对凹凸棒土进行酸改性。酸改性后管道得以疏通，有利于吸附质分子的传播。其次，H+可以置换出存在于凹凸棒粘土层间的K+、Na+、Ca2+、Mg2+等离子。酸处理可以去除碳酸盐等矿物杂质使孔体积得到增大，弱化原来层间的键力，使得层状晶格裂开，孔道得以疏通，从而提高了吸附性能。2010年，干方群等[3]用不同浓度的酸对凹凸棒石粘土进行了酸改性，并且对不同程度磷污染水体进行吸附净化。结果表明，浓度为3%的酸改性效果最好，投加量为1%时，对V类和劣V劣水中磷的去除率达到95%和15%。
（3）碱改性：去除凹凸棒石粘土通道中的杂质。用不同浓度，不同种类的碱对凹凸棒土进行改性。通过碱改性后使得孔道得以疏通，吸附质分子的扩散更容易，硅氧四面体上负电荷得以平衡。低电荷大半径的离子和结构单元层间作用力较弱，可交换层间阳离子。2013年，张建民等[4]使用不同的酸、碱和酸碱复合改性凹凸棒石粘土，对模拟含磷废水进行吸附净化处理，探讨了不同改性的材料对凹凸棒石粘土的影响。当凹凸棒石粘土和NaOH以固液比1:1混合后焙烧，再与浓度为9%盐酸固液比为1:2进行改性，吸附率达到99%。以上结果表明，酸碱复合改性的凹凸棒石粘土对磷的吸
目 录
第一章 绪论 1
1.1 凹凸棒石粘土的概况 1
1.1.1 凹凸棒石粘土的简介 1
1.1.2 凹凸棒石粘土的改性提纯 1
1.1.3 凹凸棒土的应用 3
1.2 TiO2的简介 4
1.2.1 TiO2的性质 4
1.2.2 TiO2的应用 4
1.3 染料废水的研究现状 5
1.3.1 染料废水的来源及其危害 5
1.3.2 染料废水的处理方法 5
1.3.3 TiO2/凹凸棒土复合催化剂对染料废水的研究 6
1.4 实验目的和内容 7
1.4.1 实验目的 7
1.4.2 实验内容 7
第二章 实验材料和方法 9
2.1 实验仪器与药剂 9
2.1.1 实验仪器 9
2.1.2 实验药剂 9
2.2 甲基橙标准曲线的绘制 10
2.2.1 标准曲线的绘制 10
2.2.2 染料废水的测定方法 10
2.3 TiO2/凹凸棒石复合催化剂的制备 11
2.3.1 凹凸棒土的预 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
处理 11
2.3.2 TiO2/凹凸棒石复合催化剂的制备 11
第三章 实验结果与讨论 12
3.1 TiO2/凹凸棒土复合催化剂的光降解研究 12
3.1.1 凹凸棒土的酸改性预处理 12
3.1.2 投加量的影响 12
3.1.3 煅烧温度的影响 13
3.1.4 染料浓度对降解率的影响 14
3.1.5 紫外光照时间对降解率的影响 15
3.1.6 紫外光照强度对降解率的影响 16
3.1.7 超声振荡对降解率的影响 17
3.1.8 光源对降解率的影响 18
3.1.9 负载比例对降解率的影响 19
3.2.1 XRD的表征 20
3.2.2 SEM的表征 21
结 论 23
致 谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
1.1 凹凸棒石粘土的概况
凹凸棒石矿物几乎遍及世界各地，但具有工业意义的矿床所占比例不大。1976年，中国学者许冀泉等在中国江苏省六合县竹镇小盘山发现该矿。1982年，江苏盱眙县雍小山等发现凹凸棒石粘土矿，经江苏地勘部门勘查评价，为大型矿床规模。1984年，在南京地质矿产研究所帮助下，安徽省明光市一带也找到了凹凸棒石粘土，之后相继在全国14个省区发现凹凸棒石粘土矿床（点）。盱眙地区的品位高、储量大，
该地区优质凹凸棒石粘土已探明储量在6700万t以上，有用粘土总量达5亿t。
1.1.1 凹凸棒石粘土的简介
凹凸棒土又称坡缕石（Palygorskite）或坡缕缟石，属于一种具链层状结构的含水富镁硅酸盐亚类，凹凸棒土海泡石亚族粘土矿物[1]。其结构属2:1型粘土矿物，在每个2:1单位结构层中，四面体晶片角顶隔一定距离方向颠倒，形成层链状晶体结构和两层硅氧四面体夹层，镁（铝）氧原子八面体组成的结构单元。在四面体条带间形成与链平行的通道，通道横断面约3.7×6.3A°，通道中充填沸石水和结晶水。凹凸棒石为一种晶质水合镁铝硅酸盐矿物，具有独特的层链状结构特征，在其结构中存在晶格置换，帮晶体中含有不定量的Na+、Ca2+、Fe3+、Al3+，晶体呈针状，纤维状或纤维集合状。凹凸棒石具有独特的分散、耐高温、抗盐碱等良好的胶体性质和较高的吸附脱色能力。并具有一定的可塑性及粘结力，其理想的化学分子式为：
Mg5Si8O20(OH)2(OH2)44H2O。
1.1.2 凹凸棒石粘土的改性提纯
（1）高温改性：去除凹凸棒石粘土结构中状态水。在不同温度煅烧的凹凸棒石粘土，使得凹凸棒石粘土的针棒状团变得疏松多孔，空隙容积和比表面积得到了增加，吸附性能得到提高。2012年，姜伟平[2]用热处理改性凹凸棒石粘土吸附SO2，探讨不同温度下O2和H2O含量对凹凸棒石粘土吸附SO2的影响。结果表明：凹凸棒石粘土对SO2的吸附量随着温度的升高先增后减。温度在50℃到300℃的范围内，O2的存在不影响凹凸棒石粘土吸附SO2，说明仅凹凸棒石粘土对凹凸棒石粘土不起催化作用。温度低于100℃，H2O与SO2竞争吸附，H2O的存在阻碍了凹凸棒石粘土吸附
SO2。温度高于100℃时，H2O的存在对凹凸棒石粘土吸附SO2无影响。
（2）酸改性：去除凹凸棒石粘土通道中的杂质。使用不同浓度，不同种类的酸对凹凸棒土进行酸改性。酸改性后管道得以疏通，有利于吸附质分子的传播。其次，H+可以置换出存在于凹凸棒粘土层间的K+、Na+、Ca2+、Mg2+等离子。酸处理可以去除碳酸盐等矿物杂质使孔体积得到增大，弱化原来层间的键力，使得层状晶格裂开，孔道得以疏通，从而提高了吸附性能。2010年，干方群等[3]用不同浓度的酸对凹凸棒石粘土进行了酸改性，并且对不同程度磷污染水体进行吸附净化。结果表明，浓度为3%的酸改性效果最好，投加量为1%时，对V类和劣V劣水中磷的去除率达到95%和15%。
（3）碱改性：去除凹凸棒石粘土通道中的杂质。用不同浓度，不同种类的碱对凹凸棒土进行改性。通过碱改性后使得孔道得以疏通，吸附质分子的扩散更容易，硅氧四面体上负电荷得以平衡。低电荷大半径的离子和结构单元层间作用力较弱，可交换层间阳离子。2013年，张建民等[4]使用不同的酸、碱和酸碱复合改性凹凸棒石粘土，对模拟含磷废水进行吸附净化处理，探讨了不同改性的材料对凹凸棒石粘土的影响。当凹凸棒石粘土和NaOH以固液比1:1混合后焙烧，再与浓度为9%盐酸固液比为1:2进行改性，吸附率达到99%。以上结果表明，酸碱复合改性的凹凸棒石粘土对磷的吸
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/hxyhj/26.html
