硅藻土的研究现状及进展

硅藻土具有多孔性、密度小、比表面积大、吸附性好、耐酸、耐碱、绝缘等特性,并且中国硅藻土矿储量丰富,所以硅藻土作为一种新型的吸附材料近年来已被广泛应用于许多工业部门。本文在简单介绍硅藻土化学成分、表面特性等性质的基础上,综述了近年来国内外用聚苯胺、聚乙烯亚胺等聚合物对硅藻土进行改性的方法,同时针对不同的工业废水介绍了目前硅藻土的改性方法以及改性前后的硅藻土作为吸附材料对工业废水中的染料、重金属离子以及非极性芳香烃吸附的研究进展,并展望了硅藻土作为新型的吸附材料的发展趋势。     

硅藻土基多孔吸附填料的制备及其对Pb2+的吸附

以硅藻土为主要原料,添加超细碳粉、烧结助剂和粘结剂,按一定比例混合、搅拌、造粒,在设定程序下煅烧,制备了硅藻土基多孔吸附填料(DBPAF),探讨了烧成温度、造孔剂添加量、硅藻土粉体粒径对DBPAF孔隙特征的影响,运用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对DBPAF的微观形貌和物相组成进行了观察和分析,采用动态吸附实验研究了DBPAF的可操作性,采用静态吸附实验研究了DBPAF吸附Pb2+的性能和机制.结果表明,最适烧成温度范围为900~1000℃,最适造孔剂添加量为7.0%,最适硅藻土粉体粒径为2.40μm;与硅藻土原土(粉体)相比,DBPAF的可操作性明显提高,孔隙结构得到了明显改善,物相组成以方石英相为主.研究还表明,烧制过程升温速率以2~5℃/min为宜以保证DBPAF气孔分布均匀;DBPAF对Pb2+吸附容量较硅藻土原土(粉体)提高了78.0%,吸附过程速率控制步骤为Pb2+与DBPAF孔道内的基团发生的化学反应,吸附动力学符合拟二级动力学模型.     

7种改性硅藻土对Cd2+、Pb2+、Cu2+的吸附性能对比

首次系统地研究了硅藻土经热活化、锰氧化物、Mg(OH)2改性、聚丙烯酰胺、氨丙基三乙氧基硅烷、微乳液和Cu2等7种方法改性后,在不同pH下对Cd2+、pb2+、Cu2+的吸附效果及其主要机理.在实验条件下,重金属吸附效果最佳的是锰氧化物和Mg(OH)2改性硅藻土.对于pb2+、Cu2+和Cd2+的吸附,前者的最大吸附量分别为98、84和78 mg/g,后者是79、76和91 mg/g.SEM、BET、XRD、FTIR结果显示,这2种改性硅藻土的比表面积大大增加,且拥有更多能提高其吸附性能的Si-O-H基团.Mg(OH)2改性硅藻土对Cd2+吸附等温线研究表明,其符合Langmuir等温吸附模型.提供的改性方法和实验结果,为硅藻土处理水体重金属污染提供了新的技术手段和理论依据.     

锆改性硅藻土吸附水中磷的研究

采用锆对硅藻土进行改性所得锆改性硅藻土,其氧化锆质量分数占12.39%,经XRD鉴定为无定形.SEM结果显示,改性后硅藻土表面出现粗糙多孔的絮状物.相比硅藻土,锆改性硅藻土的比表面积由14.00 m~2·g~(-1)扩大到75.22 m~2·g~(-1).XPS谱图显示,氧化锆与硅藻土之间以化学键方式,而非物理沉积方式结合.锆改性硅藻土对磷的等温吸附线更符合Langmuir模型,拟合得到最大吸附量为10.56 mg·g~(-1).锆改性硅藻土的吸附量按照氧化锆的质量分数计算为81.67 mg·g~(-1)ZrO_2,高于文献报道的纯氧化锆吸附剂.锆改性硅藻土对磷的吸附随pH的上升而下降,结合吸附前后材料的Zr3d高分辨XPS图谱,确定锆改性硅藻土对磷的吸附为配体交换过程.氯离子、硫酸根离子和硝酸根离子共存不会抑制磷的吸附,而碳酸氢根离子具有一定的抑制作用.对磷浓度为2 mg·L~(-1)的富营养化湖水,锆改性硅藻土投加量大于1.25 g·L~(-1)时,反应后磷浓度即可满足《地表水环境质量标准》规定的湖库Ⅲ类标准.     

改性硅藻土对三种有机染料的吸附作用研究

以天然硅藻土分别负载十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)、四甲基溴化铵(TMAB)和壳聚糖,制得一系列改性硅藻土,研究了改性硅藻土吸附水中的阴离子染料(活性红120)、阳离子染料(亚甲基蓝)、酸性染料(玫瑰红B)的适宜条件及吸附机理.结果表明,天然硅藻土对亚甲基蓝、四甲基溴化铵改性硅藻土对玫瑰红B和壳聚糖改性硅藻土对活性红120的饱和吸附量分别为51.15、49.56、56.64mg.L-1,效果良好,可被直接利用.延长吸附时间、增大吸附剂用量、控制溶液的pH值(<6)都能提高改性硅藻土吸附剂的吸附效果;3种染料在各自吸附剂上的平衡吸附量Qe与平衡浓度Ce之间的关系均符合Freundlich等温吸附方程,表明改性硅藻土吸附染料以分配作用、弱的溶质吸收为主.改性剂的引入可以改变硅藻土的表面电性,从而对不同类型染料的吸附能力产生不同影响.     

太湖十八湾嗅味物质变化规律及除嗅方法

为了探索湖泊水体中嗅味物质的变化规律,解决湖泊水体的嗅味问题,本研究选取太湖十八湾围隔水域作为调查对象,从2009年12月到2010年8月,对嗅味物质土臭素(geosmin)和二甲基异茨醇(MIB)的含量进行分析检测,结果表明,geosmin的含量和MIB的含量在冬春季节较低,夏秋季节较高,随季节波动明显,MIB是主要的致嗅物质。为调控臭氧稳定性,降低臭氧衰减速率,室内实验采用硅藻土来吸附夹载臭氧,使臭氧分解速率常数由0.036/min降低到了0.015/min,由此制得了臭氧-硅藻土,并用该材料处理模拟嗅味物质水样。结果表明,10 min时,geosmin和MIB的去除率分别为73.4%和46.6%,高于对照中的45.9%和20.5%,30 min时,geosmin和MIB的去除率进一步提高到96.1%和79.7%,本研究结果为解决湖泊等天然水体的嗅味问题提供了新的思路。     

Fe-Al改性硅藻土的制备及其对土壤Cd污染固定化效果

为了提高硅藻土对土壤镉污染的原位固定化效果,采用羟基Fe-Al对硅藻土进行改性,通过土壤培养实验研究了Fe/Al摩尔比、OH/cation摩尔比、陈化时间、(Fe+Al)/硅藻土比、反应温度、老化时间对土壤镉污染固定化效果的影响,同时采用扫描电镜(SEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)分析了改性前后硅藻土理化特征的变化.结果表明,改性硅藻土最佳制备工艺条件为Fe/Al摩尔比1∶8、OH/cation摩尔比2.0~2.2、陈化时间2 d、(Fe+Al)/硅藻土比10 mmol·g-1、反应温度60℃、老化时间2 d.改性硅藻土显著降低了土壤中可交换态镉的含量,硅藻土改性前后对交换态Cd含量的降低率由11.83%提升到39.52%.SEM与FTIR分析表明,通过改性增加了硅藻土的比表面积和Si—O—H基团,并且羟基铁铝被成功置入硅藻壳体内部,形成了有效柱体,增大了孔道间距,增强了硅藻土的表面活性.因此,羟基铁铝改性能有效地促进硅藻土对土壤镉的固定效果.提供的改性方法和实验结果,为硅藻土固定土壤重金属提供了新的技术手段和理论依据.     

锰氧化物改性硅藻土对苯胺的去除动力学与机制

硅藻土经焙烧并用高锰酸钾和盐酸改性处理,制备出一种新型的改性硅藻土(Mn-D).考察了Mn-D制备过程中焙烧温度和改性比例(ρ)对其去除苯胺性能的影响,探讨了Mn-D对苯胺的去除动力学行为和去除机制.结果表明,当焙烧温度为450℃、ρ为1.6和负载δ-Mn O2量为0.82 g·g-1时,Mn-D对苯胺有最佳去除效率且伴有Mn2+的释放,10 min内可达饱和吸附量的80%.在酸性条件下,准二级方程能够较准确地描述Mn-D对苯胺的去除动力学行为,且其过程主要由颗粒内扩散过程控制;Freundlich方程能较好地拟合苯胺在Mn-D上的等温吸附过程;通过气相色谱-质谱联用仪对反应产物进行检测分析,发现偶氮苯为主要中间产物,并提出了苯胺的可能去除途径.     

焙烧改性硅藻土处理垃圾渗滤液

硅藻土具有空隙率高、比表面积大、比重小、吸附性强等优良特性,使之在污水处理领域的应用越来越广泛。本研究对硅藻土进行焙烧改性,并用来处理垃圾渗滤液。实验得出硅藻土经过焙烧改性后,对垃圾渗滤液的处理效果有所提高,其最佳焙烧温度为400℃,最佳投加量为2 g,最佳pH值为5.5,最佳搅拌时间为30min,对COD去除率为16.9%,但去除效果仍有待于提高,建议结合多种改性方式以进一步提高硅藻土的水处理能力。     

改性硅藻土的制备、表征及其在富营养化水体除磷中的应用

利用吉林原土和FeCl3作为主要原料,制备应用于抑制湖泊富营养化的除磷材料—改性硅藻土,并利用物理吸附仪、扫描电镜、射线粉末衍射仪（XRD）等对改性硅藻土进行表征,此外,探讨了吸附时间、pH以及温度等对改性硅藻土除磷性能的影响。结果显示：（1）经改性后,硅藻土中Fe元素的含量有所增加,杂质含量则有所降低;微孔明显增多,孔径增大,表面负载一定量的颗粒物,粗糙度增大,比表面积较原硅藻土增大6倍。（2）在水体除磷应用中,当吸附时间达到20min时,吸附趋向平衡;在酸性条件下改性硅藻土的除磷效果好于碱性条件下的除磷效果;在25℃下改性硅藻土对磷的吸附能力较其他温度下强;（3）Langmuir和Freundlich等温吸附方程都能较好地描述硅藻土对磷的等温吸附特征,用Freundlich吸附等温方程来描述改性硅藻土对水中磷的吸附更为准确。