煤系高岭土基复合材料的制备

Al2O3· 2SiO2+6HCl=2AlCl3+2SiO2+3H2O
Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O TiO2+4HCl=TiCl4+2H2O
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-900℃ 2SiO2· Al2O3· 2H2O 550
Al2O3· 2SiO2+2H2O
以及有机物的燃烧脱除
2 煤系高岭土的酸改性及其对次甲基蓝的吸附
28
4介孔TiO2/煤系高岭土复合物的制备及其对刚果红的吸附
样品的制备
1.08g改性煤系高岭土+20mL蒸馏水 80w超声 30min ①磁力搅拌 ② 加 入 悬浮液A B液
0.2735g CTAB +15mL蒸馏水
2.16g Ti(SO4)2
300℃煅烧 80℃烘干 3h 抽滤洗涤 冷却 120 ℃ 24 h 质量比为2:3的介孔TiO2/煤系高岭土复合材料 超声
酸改性煤系 高岭土的比 表面积最大： 465 m2/g
煅烧温度800 ℃，煅烧时间8 h，盐酸与煅烧煤系高岭土 投料比6 mL/g，盐酸浓度6 mol/L，反应时间4 h
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2 煤系高岭土的酸改性及其对次甲基蓝的吸附
样品的比表面积
样品 原矿煤系高岭土 800℃煅烧高岭土 酸改性煤系高岭土 比表面积(m2/g) 25 27 465
Freundlich吸附等温线
γ-Fe2O3/改性煤系高岭土对次甲基蓝的吸附较好地符合Langmuir吸附等温模型， 27 属于单分子层吸附
3γ-Fe2O3/煤系高岭土复合物的制备及其对次甲基蓝的吸附
γ-Fe2O3/改性煤系高岭土的再生次数与次甲基蓝吸附率的关系
方 法
将吸附次甲基蓝后的 γ-Fe2O3/改性煤系高 岭土复合物置于离心管 中，向其中加入一定体 积浓度为30%的过氧化 氢溶液，于60 ℃恒温水 浴中加热反应30 min， 离心分离弃去上清液后， 再向其中加入蒸馏水， 离心洗涤，弃去上清夜， 重复洗涤五次，置于烘 箱，100 ℃烘干。
Langmuir 吸附等温线 Langmuir 吸附等温线
Freundlich 吸附等温线 Freundlich 吸附等温线
介孔TiO2/改性煤系高岭土对刚果红的吸附容易进行，吸附同时符合 Langmuir和Freundlich等温吸附模型，但更符合Langmuir等温吸附模型。
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4介孔TiO2/煤系高岭土复合物的制备及其对刚果红的吸附
有机改性
酸改性
煅烧后形成的活性四面体Al具有酸反应活 性，致使其极易与酸性物质进行酸浸反应。 与酸反应过程中Al2O3及杂质Fe2O3等的浸 出使煅烧煤系高岭土颗粒表面形成较多孔 隙，从而达到改变其比表面积的目的
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碱改性
2 煤系高岭土的酸改性及其对次甲基蓝的吸附
改性方法
破碎 研磨 球磨(m水：m料=3：1 )
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3γ-Fe2O3/煤系高岭土复合物的制备及其对次甲基蓝的吸附
γ-Fe2O3/煤系高岭土复合物的制备
1.98g改性煤系高岭土+20mL无水乙醇
80w超声 30min 10g Fe(NO3)3· 9H2O+20mL无水乙醇 A液
磁力搅拌 完全溶解
B液
9.8g CO(NH2)2
晾干
过滤
洗涤
超声 30min
R2=0.9993 R2=0.7249
Langmuir吸附等温线 ce/qe=ce/q∞+1/(kLq∞)
Freundlich吸附等温线 lnqe=lnkF+lnce/n
改性煤系高岭土对次甲基蓝的吸附符合Langmuir吸附等温方程， 即其吸附为单分子层吸附。 18
2 煤系高岭土的酸改性及其对次甲基蓝的吸附
23
3γ-Fe2O3/煤系高岭土复合物的制备及其对次甲基蓝的吸附
样品的磁滞回线 吸附时间对吸附率的影响
Ms=26.6 emu/g
样品具有强磁性，在外加磁场的作用下易于分离
a)γ-Fe2O3/改性煤系高岭土复合物； b)改性煤系高岭土；c) γ-Fe2O3 24
3γ-Fe2O3/煤系高岭土复合物的制备及其对次甲基蓝的吸附
实际意义。
6
1绪论
煤系高岭土的组成
煤系高岭土是由多种矿物质、水等无机质及少量的有机 质组成的非金属矿物，其化学组成除Al2O3、SiO2和C主要 成分外，还含有少量的Fe2O3、Na2O、K2O、CaO、MgO等 氧化物，以及微量的钛、钒、钴、镓等稀有元素。煤系高 岭土的主要矿物组分是高岭石、蒙脱石、伊利石、方解石、 勃母石等，其中高岭石为煤系高岭土的主要有用矿物成分。 高岭石的理想化学式为Al4Si4O10(OH)8，通常写为
吸附前
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2 煤系高岭土的酸改性及其对次甲基蓝的吸附
拟二级吸附动力学模型 改性煤系高岭土用量对吸附率的影响
R2=1
t/qt=1/(k×qe2)+1/qe×t
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2 煤系高岭土的酸改性及其对次甲基蓝的吸附
pH值对吸附率的影响 浓度对吸附效果的影响
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2 煤系高岭土的酸改性及其对次甲基蓝的吸附
吸附等温线
搅拌 2.5 h
加 入 搅拌 C液
200 ℃煅烧 1.5 h
质量比为1:1的γ-Fe2O3/改性煤系高岭土复合材料
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3γ-Fe2O3/煤系高岭土复合物的制备及其对次甲基蓝的吸附
样品的红外光谱
与图(a)相比，煅烧前样品(b)中明显地出现了 [Fe(CON2H4)6](NO3)3的特征峰，表明在制备 复合物的过程中尿素与Fe3+生成 [Fe(CON2H4)6](NO3)3配合物，其反应方程式 为: Fe(NO3)3+6CON2H4→[Fe(CON2H4)6](NO3)3
2=
晶粒平均粒径≈24 nm
(a)改性煤系高岭土；(b) γ-Fe2O3/改性煤系高岭土复合物； (c) γ-Fe2O3
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3γ-Fe2O3/煤系高岭土复合物的制备及其对次甲基蓝的吸附
样品的比表面积
样品 γ-Fe2O3 γ-Fe2O3/煤系高岭土 酸改性煤系高岭土 比表面积(m2/g) 7.9 68.8 465
煤系高岭土基复合吸附材料的制备 及其性能研究
报 告 人： 李新梅 指导教师： 吴哈申 副教授 长 山 教 授 专 业： 无机化学 1
绪论
煤系高岭土的酸改性及其对次甲基蓝的吸附
论 文 结 构
γ-Fe2O3 /煤系高岭土复合物的制备及其对次甲基蓝的吸附
介孔TiO2/煤系高岭土复合物的制备及其对刚果红的吸附
介孔TiO2/γ-Fe2O3 -煤系高岭土复合物的制备及其对刚果红的吸附 结论
2
1绪论
研究背景与意义
随着印染工业与染料生产行业的快速发展，大量 的染料废水排入天然水体中，使得有限的水资源受到 日益严重的污染。染料废水因其成分复杂、颜色深、 生物降解难等特点，已成为目前我国最难处理的工业
废水之一。研究表明吸附法是污水净化处理的可行方
4介孔TiO2/煤系高岭土复合物的制备及其对刚果红的吸附
刚果红溶液颜色 拟二级吸附动力学模型
吸附后
吸附前
R2=0.9999
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4介孔TiO2/煤系高岭土复合物的制备及其对刚果红的吸附
pH值对吸附率的影响 初始浓度对吸附的影响
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4介孔TiO2/煤系高岭土复合物的制备及其对刚果红的吸附
吸附等温线 R2=0.9968 R2=0.9259
法，且探寻廉价易得的吸附材料是吸附法应用的关键。
3
1绪论
研究背景与意义
γ-Fe2O3具有磁性强、无毒、价廉、无污染等优点，在吸附 领域有广泛的应用。介孔TiO2因其比表面积大、表面能高、孔 道结构发达、物化性能良好，在吸附方面有广泛的应用，已成 为重要的环保材料。但由于TiO2的储量有限，其供应已成为当 今世界资源方面的问题。因此，通过适当的处理以及将TiO2粉 体负载于基体上制备复合颗粒是节约TiO2的有效方法。另外， 介孔TiO2有生产成本高，颗粒粒度极小而难分离、难回收的缺 点。因此，以磁性材料为载体，用介孔TiO2作为活性物质制备 复合材料，采用工艺简单、经济、高效的磁分离技术进行分离 是克服介孔TiO2缺点的有效途径。
样品
介孔TiO2 介孔TiO2/煤系高岭土 酸改性煤系高岭土
5
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4介孔TiO2/煤系高岭土复合物的制备及其对刚果红的吸附
吸附剂用量对吸附的影响 吸附时间对吸附率的影响
(a)改性煤系高岭土；(b)介孔TiO2； 32 (c)介孔TiO2/改性煤系高岭土复合物
与一定浓度的盐酸混合
不同温度下煅烧
烘干
90℃恒温水浴回流一段时间
离心分离
50℃烘干
二次水洗涤
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2 煤系高岭土的酸改性及其对次甲基蓝的吸附
煤系高岭土的差热-热重曲线
吸附水
结构水(偏高岭石)
晶相转变
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2 煤系高岭土的酸改性及其对次甲基蓝的吸附
改性工艺的确定
煅烧温度、煅烧时间、酸的浓度、 酸浸时间及用量对煤系高岭土比表面积的影响
改性煤系高岭土的再生次数与次甲基蓝吸附率的关系 方法
将吸附次甲基蓝后 的改性煤系高岭土 在80 ℃下烘干后， 置于500 ℃管式 电炉中煅烧3 h， 冷却至室温后， 对次甲基蓝染料 废水进行再次吸附
结论
改性煤系高岭土的 再生效果较好， 可有效地重复利用； 再生一次的改性煤 系高岭土仍具有 较高的比表面积， 其比表面积为 385.75 m2/g
煤系高岭土的XRD图
2θ=
12.61° 20.56° 21.55° 25.17° 35.28°
(a)原矿煤系高岭土；(b)酸处理原矿煤系高岭土； (c)800 ℃煅烧煤系高岭土；(d)酸改性煅烧煤系高岭土