摘 要

本研究选择蒙脱石粘土矿物对其改性，制备出环境友好型矿物吸附材料，旨在解决含有重金属离子的工业废水引起的环境污染，课题研究具有重要的理论意义和实际应用价值。

论文以（3-巯基丙基）三甲氧基硅烷为硅烷偶联剂对蒙脱石进行改性，制备出巯基化的改性蒙脱石吸附材料，并利用多种现代测试手段探讨改性的机理，以及改性蒙脱石的结构及表面性质。在此基础上，以Pb² 和Zn² 离子为研究对象，探讨了改性蒙脱石吸附材料对重金属离子的吸附性能和吸附机理。主要研究内容及结果如下：

（1）以（3-巯基丙基）三甲氧基硅烷为改性剂对蒙脱石进行改性，（3-巯基丙基）三甲氧基硅烷分子不仅通过硅烷偶联反应对蒙脱石表面和棱上进行表面修饰，而且通过插层作用对蒙脱石层间进行修饰。

（2）改性蒙脱石因为表面修饰和插层作用，表面性质相对于蒙脱石发生了很大的变化。XRD分析表明改性蒙脱石的层间距变大；BET比表面积分析表明改性蒙脱石的比表面减少；红外光谱分析表明蒙脱石表面生成了新的官能团；Zeta电位分析表明改性蒙脱石的电负性降低，这些结果说明有（3-巯基丙基）三甲氧基硅烷分子与蒙脱石表面和层间发生了反应，阻塞了部分层间和表面孔道。

（3）改性蒙脱石的对Pb² 和Zn² 离子的吸附效果明显高于原蒙脱石。改性蒙脱石吸附Pb² 和Zn² 离子的吸附等温线更复合Langmuir等温方程，且对Pb² 和Zn² 离子的饱和吸附量分别是65.67mg/g和161.35mg/g。准二级动力学能更好地描述改性蒙脱石对Pb² 和Zn² 离子的吸附过程。

关键词：蒙脱石，改性，吸附，重金属离子

ABSTRACT

In this study,montmorillonite clay minerals were modified to prepare environment-friendly mineral adsorbent materials,which were designed to solve the environmental pollution caused by industrial waste water containing heavy metal ions. The research on the research has important theoretical and practical value.

In this paper, montmorillonite was modified with (3-mercaptopropyl) trimethoxysilane as silane coupling agent to prepare mercapto-modified montmorillonite adsorbent, and a variety of modern test methods were used to study the modified Mechanism, and modified montmorillonite structure and surface properties. On the basis of this, Pb² and Zn² ions were used as the research object to study the adsorption performance and adsorption mechanism of modified montmorillonite adsorbent on heavy metal ions. The main contents and results are as follows:

(1)The (3-mercaptopropyl) trimethoxy silane molecules were modified by silane coupling reaction on the surface and the edge of montmorillonite with (3-mercaptopropyl) trimethoxysilane as modifier. Surface modification, and the intercalation of montmorillonite layers by intercalation.

(2)Modified montmorillonite because of the surface modification and intercalation, the surface properties relative to montmorillonite has undergone great changes. XRD analysis showed that the interlayer spacing of the modified montmorillonite was increased. The BET specific surface area analysis showed that the specific surface area of the modified montmorillonite was decreased. The infrared spectrum analysis showed that the montmorillonite surface formed a new functional group. Zeta potential analysis showed that the modified montmorillonite The results show that the (3-mercaptopropyl) trimethoxysilane molecules react with the surface and interlayer of montmorillonite, blocking some of the interlayer and surface channels.

(3)The adsorption effect of modified montmorillonite on Pb² and Zn² ions was higher than that of montmorillonite. The adsorption isotherm of Pb² and Zn² ions was modified by

modified montmorillonite, and the saturated adsorption capacity of Pb² and Zn² ions was 65.67mg/g and 161.35mg/g, respectively. Quasi - second - order kinetics can better describe the adsorption process of modified montmorillonite on Pb² and Zn² ions.

Key words: montmorillonite, modification, adsorption, heavy metal ions

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

目录 1

第1章 绪论 1

1.1 蒙脱石概述 1

1.1.1 蒙脱石的结构 1

1.1.2 蒙脱石的性质 2

1.1.3 蒙脱石的应用 2

1.2 蒙脱石的改性方法 3

1.2.1 无机改性 3

1.2.2 有机改性 4

1.2.3 复合改性 5

1.3研究目的和研究内容 5

1.3.1研究目的 5

1.3.2研究内容 5

第2章 试验材料、设备及方法 7

2.1 试验原料 7

表3.1 试验试剂 7

2.2试验设备 7

表3.2 试验设备 8

2.3试验方法 8

2.3.1蒙脱石的制备 8

2.3.2蒙脱石吸附Pb² 动力学实验 9

2.3.3蒙脱石吸附Zn² 动力学实验 9

2.3.4蒙脱石吸附Pb² 等温线实验 9

2.3.5蒙脱石吸附Zn² 等温线实验 10

第3章 蒙脱石的表征 11

3.1 XRD衍射分析 11

3.2 比表面分析 11

3.3傅里叶变换红外光谱 12

3.4 Zeta电位分析 13

第4章 改性蒙脱石吸附重金属离子的机理探究 15

4.1 改性蒙脱石吸附重金属离子的等温吸附曲线 15

4.1.1 Zn² 的吸附等温线实验结果分析 16

4.1.2 Pb² 的吸附等温线实验结果分析 17

4.2改性蒙脱石吸附重金属离子的吸附动力学曲线 19

4.2.1 钠化蒙脱石的吸附动力学实验结果分析 20

4.2.2 硅烷化蒙脱石的吸附动力学实验结果分析 22

4.3 动力学吸附实验的小结 24

第5章 结论 25

参考文献 26

致谢 28

第1章 绪论

1.1 蒙脱石概述

1.1.1 蒙脱石的结构

蒙脱石是一种常见的粘土矿物，其颗粒大小十分微小，只有纳米般大小，具有良好的离子交换性和分散性能^[1]，是2:1型含结晶水的层状铝硅酸盐矿物，又被称为微晶高岭土，蒙脱石常被用作吸附剂和催化材料制作的原料^[2]。蒙脱石的晶胞结构为两层硅氧（Si-O）四面体夹一层铝氧（Al-(O，OH)）八面体组成，其中共用的氧原子连接硅氧四面体与铝氧八面体，由氧原子构成的氧层连接各个蒙脱石晶胞^[3]。硅氧四面体是由一个硅离子与四个氧离子组成，每个氧离子都与硅离子相连，且距离相同，以硅离子为中心构成一个四面体结构。蒙脱石分子内部硅氧四面体的排列结构为硅氧四面体的底部都在一个平面上，且四面体的顶部也都在一个平面上，形成一个六角形网格结构。铝氧八面体是由一个铝离子和六个氧离子（或氢氧）组成，每个氧离子或者氢氧都与铝离子相连，且距离都形同，以铝离子为中心构成一个铝氧八面体结构，每个铝氧八面体的边相互连接形成片状。蒙脱石的具体结构见图一所示^[4]。