1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文献综述

1.前言

凹凸棒土是一种环境友好型吸附材料，在环保应用方面的研究随着环境技术的发展也越来越被重视。经过改性后的凹凸棒土有更大的比表面积，更强的吸附性能，很多水处理工程都利用了这种新材料[2]。

本课题所涉及的改性凹凸棒土/PVA复合吸附剂是较为新的思想，目的就是在于验证这种方案的可行性，以及考察所制备的复合吸附剂的吸附性能，为我国的环保事业做出一些微弱的贡献。

2.凹凸棒土介绍

根据参考文献[1],凹凸棒土(凹凸棒石粘土)的主要特性如表1-1所示：

表1-1：凹凸棒土特性

3凹凸棒土在水处理中的应用

凹凸棒土由于其特殊的吸附性能，其在水处理中，有以下几种应用[2]:

3.1吸附水中的重金属

徐婉珍等[3]利用凹凸棒土比表面积大,吸附能力强的特点,以火焰原子吸收光谱(FAAS)法为检测手段,探讨了凹凸棒土对Cd(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)的吸附行为,考察了静态饱和吸附容量,研究了影响其吸附和解吸的主要因素,以及共存离子的影响情况。当pH4.0、凹凸棒土用量为0.50g时,凹凸棒土对Cd(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)的吸附率达到94%以上;以20mL0.5mol/L的HCl可将吸附在凹凸棒土上的Cd(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)定量洗脱。凹凸棒土对Cd(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)的静态饱和吸附容量分别为32.5mg/g、25.0mg/g;本法对Cd(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)的检出限分别为31ng/mL、0.19ng/mL;相对标准偏差分别为1.1%和0.94%(Cd(Ⅱ):0.30μg/mL,n=11;Ni(Ⅱ):0.80μg/mL,n=11)。在优化的实验条件下,本法用于天然水样中Cd(Ⅱ)和工业废水中Ni(Ⅱ)含量的测定,加标回收率分别为92%～98%和87%～102%。

孔泳等[4]以新型无机矿物材料凹凸棒土作为吸附剂处理废水中的重金属离子。通过扫描电镜、红外光谱及等温吸附-脱附曲线对凹凸棒土进行了表征,并阐述了凹凸棒土对重金属离子的可能吸附机理。在室温下,分别将0.05g凹凸棒土投入初始质量浓度为500mgL-1的Cu(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的溶液中,凹凸棒土对上述离子的平衡吸附量分别高达99、56、117、198mgg-1。结果表明,用凹凸棒土吸附废水中的重金属离子切实可行、经济有效。

3.2吸附水中的有机物

惠天凯等[5]研究了改性凹凸棒土对水溶液中苯的吸附规律。结果表明,改性凹凸棒土对苯的吸附量和去除率提高了2倍多,pH值对吸附量的影响甚小,吸附量随温度上升而增加,改进的BET方程能较好地描述实验等温线。其吸附机理可能为表面的疏水作用与化学吸附和进入内部孔道吸附。

3.3吸附水中的放射性物质

最近，由于核工业的发展，环境中的放射性元素越来越多，如Ｕ（Ⅵ）、Ａｍ（Ⅲ）、Ｅｕ（Ⅲ）、Ｔｈ（Ⅳ）、Ｓｒ（Ⅱ）、Ｃｓ（Ⅲ）等．他们通过水体运动，对我们人体会造成很大的影响。经过研究发现，改性凹凸棒土对于此类污染物质也有较好的吸附效果。

4.凹凸棒土的改性

根据参考文献[6]，凹凸棒土的改性有以下集中方式：

4.1凹凸棒土土活法

常用的改性处理主要包括超声波处理，酸化处理和高温焙烧等。

黄健花等[7]采用超声波技术,对凹凸棒土进行有机改性,提高凹凸棒土的苯酚吸附能力,比较了不同的阳离子表面活性剂的改性效果,并且通过正交实验得出了超声波改性的最优化工艺条件为:十八烷基三甲基氯化铵的添加比例为35mmol/100g,超声波处理时间10min,屏极电流0.5A。在此条件下,苯酚去除率可达酸处理凹凸棒土的80倍以上,是搅拌有机改性的1.5倍。

4.2有机质复合改性

凹凸棒土由于材质分散不均匀的缺点，需要进行有机质材料改性加以改善，提高其可塑性，增强吸附能力。主要有：有机聚合物材料的复合以及表面活性剂、硅烷偶联剂的修饰等形式。本课题所用的方法正是这种方式。

宋燕等[8]利用十六烷基三甲基溴化铵(HDTMA)对凹凸棒土进行有机改性，并通过SEM、XRD、FT-IR、表面积及孔径分析对改性前后的凹凸棒土进行结构表征，结果表明，利用HDTMA对凹凸棒土改性仅是表面的负载修饰，并未改变凹凸棒土的内部结构;改性凹土对4-氯苯酚的吸附实验表明，吸附速率很快，30min即达到吸附平衡，吸附符合准二级动力学方程，吸附等温线符合H型吸附等温方程，在pH为中性的环境下有利于吸附。

4.3无机材料复合改性

由于凹凸棒土的特殊吸附性能和无机材料的特殊用途二者结合，可以达到一种互补的效果，从而增强复合吸附剂的吸附效果。

王红艳等[9]用盐酸对凹凸棒石黏土进行改性处理后,由于凹土中八面体出现不均匀、不连续溶解以及局部四面体硅的溶蚀,导致凹土孔道开放和直径扩大,比表面积增加,将它用于废水中Cd2 的吸附处理,效果良好。结果表明:经3mol/L盐酸改性处理后的凹土吸附能力最好,凹土加入量为40g/L,水样pH=5,超声搅拌20min条件下,废水中Cd2 的吸附率接近100%.

4.4金属离子负载改性

凹凸棒土有较大的比表面积，利用其作为载体可以提供高表面积负载。

王冰冰等[10]研究凹凸棒土负载铁盐吸附剂的制备及其对As(Ⅴ)的吸附性能．考察了pH、凹凸棒土热改性温度、粒度、铁盐浓度等因素对吸附As(Ⅴ)性能的影响．结果表明，热改性温度为600℃的凹凸棒土负载铁盐吸附剂吸附As(Ⅴ)效果比200℃和400℃都好，其对As(Ⅴ)的吸附行为符合Freundlich模型．当pH值6．0时，600℃热改性200400目的凹凸棒土负载0．5molL－1Fe(NO3)3吸附剂的最大吸附量为1．1669mgg－1，重复使用时性能稳定，具有处理含As(Ⅴ)废水的应用前景。

5造粒技术

5.1通用造粒技术

日本学者东畑平一郎[11将造粒技术分为以下几种：1旋转造粒2压缩造粒3挤压造粒4混合造粒5流化造粒6破碎造粒7喷雾干燥造粒。

同事他也提到了一些特殊的造粒方法：例如包复。包复是在造粒物的表面包复一层糖衣、薄膜，进行的造粒方式是。

我国学者刘晓东等[12]讨论了凹凸棒土的复配造粒及再生方法,考察了造粒添加剂的种类、焙烧温度、焙烧时间等因素对颗粒强度和脱色性能的影响。研究结果表明:凹凸棒土颗粒吸附剂制备的工艺条件是,凹凸棒土:AIC13:MgC126践O木七1吸)4.7钱O=1:0,5%:l%:l%(重量比),焙烧温度为450℃,焙烧时间为lh,吸附饱和后的颗粒吸附剂可以采用热再生。

5.2PVA相关造粒技术

张静等[13]讨论了PVA改性的研究进展，前期改性是选用带有酰胺基、羧基、环氧基、磺酸基的不饱和化合物与醋酸乙烯共聚;后期改性是通过PVA上醇羟基的缩醛化酯化、醚化等化学反应以及Michael加成反应等实现。指出应注重高低聚合度,低醇解度PVA和改性PVA产品的开发。

张武英等[14]采用悬浮聚合法,以顺丁烯二酸酐为交联剂,添加膨润土,制得聚乙烯醇高吸水性复合树脂.该树脂的吸水倍率和吸盐水倍率分别为360和37倍.通过实验,讨论了交联剂用量、膨润土添加量、水解程度等因素对吸水性能的影响.

6本课题的意义

凹凸棒土由于其搞笑的吸附能力，现在在吸附剂领域备受关注。各种关于凹凸棒土的复合吸附剂的制备也成为了水处理领域的一大热点。本课题就是采用一种全新的复合吸附剂造粒方法，来讨论PVA/凹凸棒土吸附剂的吸附性能，了解这种复合吸附剂是否可以运用于水处理工艺之中。力求找到一个经济、效率的方法来更好的解决水处理吸附有机物等污染物质的方法。

参考文献

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[4]孔泳,王志良,倪珺华,孙涛,陈智栋,.凹凸棒土应用于重金属离子吸附剂的研究[J].分析测试学报,2010,(12).

[5]惠天凯,裘祖楠,汪学才.改性凹凸棒土对水溶液中苯的吸附研究[J].上海环境科学,2000,(7).

[6]于志新,逯子扬,赵晓红,李春香,潘建明,闫永胜,.凹凸棒土改性及其在环境水处理中的应用研究[J].硅酸盐通报,2010,(6).

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[8]宋燕,王海玲,朱兆连,孙进,.有机改性凹凸棒土的制备表征及其对4-氯苯酚的吸附[J].环境工程学报,2012,(12).

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

1.本课题要研究和解决的问题

凹凸棒土的研究主要集中在饲料添加剂、pvc改性等领域。但是随着环保问题日益严重，凹凸棒土的独特结构和吸附性能在吸附剂方面的利用有了很大的突破。自上世纪七十年代以来，包括印染、皮革、电镀、锅铁等行业废水的治理都在利用凹凸棒土吸附剂；在生活污水、污染废水、综合废水的治理中已经取得了一定的实效和进展。在我国实行保护环境、节约资源的基本国策的背景下，凹凸棒土的环保效益就更加需要我们去加以探讨。

本课题所涉及的改性凹凸棒土/pva复合吸附剂是较为新的思想，目的就是在于验证这种方案的可行性，以及考察所制备的复合吸附剂的吸附性能，为我国的环保事业做出一些微弱的贡献。

2.拟采用的研究手段

2.1：复合吸附剂的制备

材料和仪器