化学专业毕业论文41606.doc
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1、湖北科技学院毕业设计(论文)课题任务书(2012-2013学年)课题名称EDTA超分子插层组装镁锌铝水滑石对Pb (II)的吸附学生姓名院系化 学班级指导教师徐芳指导人数1人课题概述:用硝酸盐与碱通过低过饱和共沉淀法合成高纯度镁锌铝水滑石,用XRD、IR和TG-DTA考察其化学组成,晶体结构,粒子形貌。然后,焙烧水滑石,以焙烧产物作为吸附剂,对含有重金属铅离子的溶液进行吸附,考察铬的初始浓度、pH值、环境温度和吸附时间对吸附能力的影响,总结出最佳吸附条件。原始资料及主要参数:A1 Lazaridis, N. K. , Asouhidou, D. D. . Kinetics of sorptiv
2、e removal of chromium (VI) from aqueous solutions by calcined MgAlCO3 hydrotalcite J. Water Res, 2003, 37: 28752882.A2 Lazaridis, N. K. , Pandi, T. A. , Matis, K. A. . Chromium (VI) removal from aqueous solutions by MgAlCO3 hydrotalcite: sorptiondesorption kinetic and equilibrium studies J. Ind. Eng
3、. Chem. Res. 2004, 43: 22092215.A3 夏盛杰, 倪哲明, 潘国祥, 等. Co/Mg/Al 类水滑石对废水中Cr()的吸附性能研究J.浙江工业大学学报, 2006, 34(5): 517-520.A4 黄婧祎, 王军涛, 徐芳, 等. CuZnAI三元水滑石及其焙烧产物对甲基橙的吸附J. 化学学报, 2009: 75-76.A5 徐淑芬, 倪哲明, 夏盛杰, 等. Mg/Al 双金属氧化物吸附Cr()的动力学和热力学机理J. 硅酸盐学报, 2009, 37(5): 773-777. A6 刘乃瑞, 沙宇, 田小丽. 焙烧态锌铝水滑石对Cr(VI)的吸附性能研究C
4、. 中国环境科学学会学术年会论文集, 2009: 986-990.A7 D. Carriazo, M. del Arco, C. Martn, et al. A comparative study between chloride and calcined carbonate hydrotalcites as adsorbents for Cr(VI) J. Appl Clay Sci. , 2007, 37(3-4): 231-239.参考资料及文献:A8 Del Arco, M. Carriazo, D. Martn, C. Prez-Grueso, A. M. , Rives, V. .
5、 Acid and redox properties of mixed oxides prepared by calcination of chromate-containing layered double hydroxides J. Solid State Chem. , 2005, 178: 35713580.A9 F. Cavani, F. Triufir and A. Vaccan. Hydrotalcite-type anionic clays: preparation, properties and applications J. Catalysis Today, 1991, 1
6、1(2): 173-301.A10 T. R. Walter. Cryatal structures of some double hydroxide minerals J. Catal., 1985, 94(2): 547-557.A11 T. S. Anirudhan, P. S. Suchithra. Synthesis and characterization of tannin-immobilized hydrotalcite as a potential adsorbent of heavy metal ions in effluent treatments J. Appl. Cl
7、ay Sci. , 2008, 42(1-2): 214-223. A12 王岚, 陈慧琴, 詹正坤. 铁和镁铁水滑石的合成及热稳定性研究J. 合成化学, 2003, 11(6): 524-526.A13 汪莉华, 张亚男. 过饱和沉淀法合成Zn-Al类水滑石及其表征J. 海南大学学报, 2008, 26(2): 234-237.A14 杨飘萍, 宿美平, 杨胥微, 等. 尿素法合成高结晶度类水滑石J. 无机化学学报, 2003, 19 (5): 485-490.A15 王永在, 陈志伟. 微波水热法制备Mg-AI水滑石纳米晶J. 人工晶体学报, 2008, 05: 1229-1223.A16
8、 Lazaridis, N. K. , Asouhidou, D. D. . Kinetics of sorptive removal of chromium (VI) from aqueous solutions by calcined MgAlCO3 hydrotalcite J. Water Res, 2003, 37: 28752882.A17 Lazaridis, N. K. , Pandi, T. A. , Matis, K. A. . Chromium (VI) removal from aqueous solutions by MgAlCO3 hydrotalcite: sor
9、ptiondesorption kinetic and equilibrium studies J. Ind. Eng. Chem. Res. 2004, 43: 22092215.A18 夏盛杰, 倪哲明, 潘国祥, 等. Co/Mg/Al 类水滑石对废水中Cr()的吸附性能研究J.浙江工业大学学报, 2006, 34(5): 517-520.A19 黄婧祎, 王军涛, 徐芳, 等. CuZnAI三元水滑石及其焙烧产物对甲基橙的吸附J. 化学学报, 2009: 75-76.A20 徐淑芬, 倪哲明, 夏盛杰, 等. Mg/Al 双金属氧化物吸附Cr()的动力学和热力学机理J. 硅酸盐学报,
10、2009, 37(5): 773-777. A21 臧运波, 侯万国, 王文兴. Cr(VI)在Mg-Al 型类水滑石上的吸附脱附性研究:吸附性J. 化学学报, 2007, 65(9): 773-778.A22 刘乃瑞, 沙宇, 田小丽. 焙烧态锌铝水滑石对Cr(VI)的吸附性能研究C. 中国环境科学学会学术年会论文集, 2009: 986-990.A23 D. Carriazo, M. del Arco, C. Martn, et al. A comparative study between chloride and calcined carbonate hydrotalcites as
11、adsorbents for Cr(VI) J. Appl Clay Sci. , 2007, 37(3-4): 231-239.A24 T. Kameda, H. Takeuchi, T. Yoshioka. Kinetics of uptake of Cu2+ and Cd2+ by Mg-Al layered double hydroxides intercalated with citrate, malate, and tartrate J. Colloid Surface A, 2010, 355(1-3): 172-177.A25 M. Park, C. L. Choi, Y. J
12、. Seo, et al. Reactions of Cu2+ and Pb2+ with Mg/Al layered double hydroxide J. Appl Clay Sci. , 2007, 37(1-2): 143-148.A26 T. Alp, H. Deveci. Adsorption of As (V) from water using Mg-Fe-based hydrotalcite (FeHT) J. Journal of Hazardous Materials, 2009, 171(1-3): 665-670. A27 殷晶, 苏继新, 屈文, 等. Mg-Al 型
13、水滑石焙烧产物对水溶液中Pb2+和Ni2+ 的吸附C. 第十一届全国青年催化会议论文集, 2007: 302-303.A28 谢景龙. 钒业废水的六价铬治理J. 环境工程, 2008, 26(3): 54-55.A29 郑崇辉, 张密林, 王君, 等. 钴基磁性纳米层状镁铝水滑石的制备及表征J. 哈尔滨工程大学学报, 2004, 25(6): 803-805.论文成果要求:外文翻译全文1篇摘要4篇文献综述8000字开题报告1200字论文正文的数量4000字进度及起止日期要求完成的内容及质量要求2012年12月2013年3月2013年3月2013年4月2013年5月课题启动阶段:收集和查阅相关资
14、料,书写开题报告和文献综述。实验研究阶段:大量合成镁锌铝水滑石,通过各种实验手段对该水滑石吸附铬离子结果进行测试分析,摸索改良实验条件,最终得到预期吸附效果。主要成果形成及总结阶段:根据实验结果撰写毕业论文,准备论文答辩。审核(系、部、教研室负责人)批准(院系负责人)毕业设计(论文)外 文 文 献 翻 译 译文题目:EDTA超分子插层组装镁锌铝水滑石 Pb (II)的吸附专 业: 化 学 焙烧水滑石吸附去除水溶液中硫氰酸盐李玉江,杨敏,张晓金,吴涛,曹南,卫娜,毕妍军,王静(1.山东大学环境科学与工程学院,济南250100,中国. 电子邮件:yujiang;2. 国家重点环境水化学实验室,中国
15、科学院生态环境研究中心,中国科学研究院,北京100085,中国;3.教育部重点胶体与界面科学实验室,山东大学,济南250100,中国)摘要:采用共沉淀法合成出MgAl摩尔比为2的水滑石,并用XRD,TGDTA, 电动电势和比表面积表征其结构。水滑石在500 焙烧,先后发生夹层脱水,层板羟基脱水和碳酸盐分解,转化成混合氧化物类型。测试了用原水滑石和煅烧水滑石(HTC-500)从水溶液中去除SCN-的去除率。结果表明,焙烧水滑石对硫氰酸盐的吸附能力比原水滑石高得多。煅烧滑石,特别是在有效地去除硫氰酸盐,pH值的有效范围为5.510。去除硫氰酸盐的实验数据比较符合Langrnuir吸附等温式,饱和吸
16、附量为96.2毫克SCN- /克 HTC-500。煅烧水滑石对硫氰酸盐的吸附和煅烧水滑石的插层结构恢复遵循一级动力学。但更多的阴离子的存在会影响对硫氰酸盐的吸附行为。关键词:镁铝合金混合氧化物;水滑石吸附;硫氰酸引言SCN-是一种带负电荷的线性多原子离子,是类卤化物一个很好的例子。由于其相当独特的性质,在一些工业生产过程中,SCN-广泛应用于除草剂,杀虫剂,染料,腈纶纤维的生产,硫脲的制造,冲洗相片和电镀工业。除金和银矿山的废水外,气化煤是环境中SCN-的另一个主要来源。当其浓度高于5 mg/L时,SCN-对人类和水生生物有潜在的毒性。在把它释放到环境中之前,必须将其中和或从废水中除去。目前对
17、SCN-的去除方法主要有吸附法,溶剂萃取,氧化和生物降解。但SCN-的生物降解需要较长时间,还有微生物对一些因素特别敏感,如pH值,温度和固含量;溶剂萃取,氧化法成本高。水滑石,一类层状双氢氧化物,化学式为Mgl-xAlx(OH)2x+ CO3x2mH2Ox-,以通过稀镁和铝硝酸盐溶液与氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液反应合成。水滑石晶体由带正电荷的水镁石层和层间填充碳酸根离子和水分子的夹层所构成,碳酸根离子带负电荷,以维持水滑石晶体呈中性。水滑石是一种具有层状结构的阴离子粘土,大多是碳酸根离子,可与其他阴离子交换。水滑石可转化为混合氧化物类型,通过焙烧发生脱羟基和脱二氧化碳,从而增加其交换容量和表
18、面面积。水滑石焙烧产物遇水后通过重新吸收水溶液中的阴离子重建为原有的层状结构。因此,水滑石以及其煅烧产物可作为离子交换树脂/吸附剂,用来去除受污染水中的有毒阴离子,如氟化物,阴离子染料,重铬酸钾,苯酚,亚硒酸钠和硒。而使用水滑石及其焙烧产物对硫氰酸盐的吸附处理目前尚未见报道。本工作采用共沉淀法合成水滑石。本测试的目的是探究镁铝混合氧化物,通过水滑石在500 下煅烧获得,作为向吸附剂去除水溶液中硫氰酸盐的可能性。1 实验1.1 样品的制备 采用共沉淀法制备水滑石。取1.00 molMg(NO3)26H2O和0.50 molAl (NO3)39H2O溶于700 ml去离子水制成溶液A,将A溶液滴到
19、1000 ml 3.5 mol/L的NaOH 和0.943 mol/L的Na2CO3混合溶液中,最终PH为13,于65 晶化18小时,离心,打浆,洗涤至中性,130 干燥12小时,将干燥后的样品在500 焙烧4小时,即制得镁铝混合氧化物。所有化学试剂应用AR等级。1.2 样品的表征采用装有石墨单色仪,自动发散狭缝的日立X射线衍射仪(铜靶,Ka射线,电压40 kV,电流20 mA,扫描速度2min)测定样品的XRD图谱。采用梅特勒 - 托利多差热同步分析仪(测量范围25700,升温速率20 / min),在升温至700 时对样品进行热分析。采用Micromeritics ASAP 2000型物理
20、吸附仪在液氮温度(196 )下,用N2吸附/脱附法测在110 真空脱气的样品的比表面积。采用微电泳迁移率检测器测定在不同pH值下的水滑石或HTC-500颗粒的电位。分别准备2 g/L的水滑石或HTC-500的悬浮液,用NaOH或HNO3调整悬浮液的pH值,然后测定玻璃电泳槽中水滑石或HTC-500颗粒的电泳迁移率,将测得的电泳迁移率代入Smoluchowski方程计算颗粒的电位。1.3 分批吸附实验采用分批处理方法进行硫氰酸盐的去除实验。在去离子水中溶解硫氰化钾制备硫氰酸盐溶液,将准备的标准溶液(500毫克/升)稀释到所需的浓度。用NaOH或HNO3调整硫氰酸盐溶液的pH值。将预定作为吸附剂量
21、的水滑石或HTC-500加到用100毫升封闭瓶盛装的50 ml溶液(已知初始硫氰酸盐的浓度和pH)中。用金塔SHZ-82型恒温振荡器以100转/分钟的速度振荡悬浮液。在充分接触吸附后,固体物质离心分离。按照硝酸铁法,用岛津UV-601型紫外可见分光光度计在480 nm条件下测酸性环境中溶液的硫氰酸盐的剩余浓度。2 结果与讨论2.1 水滑石和焙烧产物的表征 图1 样品的XRD表征水滑石和HTC-500的XRD谱图见图1。由图1(a)可见,在较低衍射角有强而尖锐的峰,说明该条件下制得的水滑石结晶度很高,具有典型的水滑石结构。图1(b)可见,当水滑石经500 焙烧后,其层状结构被破坏,得到了镁铝混合
22、氧化物。由图1(c)可见,500 焙烧产物吸附硫氰酸盐后,能经结构重建而恢复水滑石的层状结构。 图2 水滑石的TG和DTA曲线样品的重量()水滑石热分析(TG / DTA等)在目前的测试结果如图2所示。在DTA曲线中有两个独立的吸热峰,与之相应的,在TG曲线中有两个失重步骤。在DTA曲线中检测到233 的吸热峰归因于层间水的损失,在412 的吸热峰,是由于水镁石层脱羟基和大部分的碳酸盐的分解,随之分别演变为水和二氧化碳。在500 以上一个很小的质量损失,可以归结为剩余羟基分解。结果表明,足以消除大部分碳酸根离子的水滑石焙烧温度是500 。太高的温度可能会阻碍结构的重建,降低材料的吸附能力,所以
23、选择煅烧温度为500 。图3 水滑石或HTC-500的电位和水的pH值之间的关系采用单点BET法测定水滑石和HTC-500的表面积,结果分别为81.2平方米/克和306.5平方米/克。在各种pH条件下,悬浮液中的水滑石和HTC-500的电位的研究结果如图3所示。它表明,水滑石和HTC-500等电点在pH值分别达到11.8和11.6。当pH值在等电点以下时,悬浮液中的水滑石和HTC-500表面有残留的正电荷。2.2 硫氰酸盐吸附等温线图4 硫氰酸盐的吸附平衡模型(水滑石和HTC-500)图4为水滑石和焙烧后的水滑石在25 下的吸附等温线。实验说明在500 下焙烧后的水滑石比未焙烧的水滑石有更高的
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