搜索
湘潭大学硕士研究生学位论文开题报告及工作计划书论文题目：新型有机膨润土的制备及其吸附性能研究学号200715021111研究生姓名王通所在学院化工学院专业环境工程研究方向废水处理新技术导师姓名朱润良入学年月2007年9月开题时间2008年10月2008年10月10日填2一、课题的来源及选择本课题的指导思想我国是一个水资源短缺的国家，水资源时空分布不均。人均占有量仅相当于世界人均占有量的四分之一，属于严重缺水国家。与此同时，工农业的飞速发展而环境保护相对滞后导致我国水体污染严重，进一步加剧了我国水资源危机。其中，工业废水是造成环境污染的主要污染源，不仅数量大、分布面广，而且由于大量有机物及有毒物质的存在，给生态环境带来了严重的污染和危害。因此，控制和消除水中有机污染的关键是开发新型高效有机废水处理材料和技术。目前，对有机废水的治理方法一般可以分为三大类：生物处理法、化学处理法和物化处理法。其中，物化处理法中的吸附法是有机废水常见的处理方法之一，具有效率高、操作简单等优点，而提高吸附处理效率的关键是开发各类新型高效吸附剂。基于黏土矿物开发的各类有机黏土吸附剂吸附性能良好、价格低廉，在有机废水吸附处理中有广阔的应用前景，在各类有机粘土中，以有机膨润土研究最多。有机膨润土是指有机阳离子/分子吸附到膨润土层间形成的一类有机-无机复合材料，对有机物吸附性能良好，与活性炭等传统吸附剂相比，具有对多种有机物无明显竞争吸附、吸附效率相对稳定、吸附容量大、易回收等特点，因而应用在废水和废气处理、土壤修复、垃圾填埋场及石油类有机液体储存场所防渗处理等污染控制领域，与活性炭优势互补。有机膨润土的吸附性能决定了它在有机废水处理等污染控制中的应用前景，因此如何调控其结构特征，增大其吸附容量，进而提高其吸附性能、降低其应用成本一直是有机膨润土研究的重点内容。二、前人对本课题研究取得的成果，存在的问题，当前国内外研究动态和自己的见解有机膨润土吸附处理水中有机污染物一直是其研究的重点。从上世纪90年代开始，大量文献开始报道各种类型有机膨润土吸附有机物的性能和机制，研究者通过改变有机阳离子种类、有机阳离子负载量、膨润土电荷密度、同时使用几种有机阳离子等方法制备了各种有机膨润土，并研究它们对各种有机物的吸附性能。目前常用的改性有机阳离子是带烷基链的季铵盐型阳离子表面活性剂，大量研究结果表明，短碳链有机膨润土作为一种以表面吸附为主的吸附剂比较适合处理浓度较低、成分简单的有机废水；长碳链有机膨润土则作为一种以分配作用为主的吸附剂比较适合处理浓度较高、成分复杂的有机废水，特别是强疏水性的有机污染物，如多环芳烃等；此外，也有研究者用高分子聚合物改性制备有机膨润土，可以通过特殊吸附作用(如形成氢键)而吸附有机污染物。近年来，课题组朱老师在系统考察表面活性剂载量、粘土矿物电荷对有机粘土微观结构和吸附性能影响的基础上，提出烷基链堆垛密度是影响有机粘土吸附性能的重要因素：烷基链堆垛密度改变时可形成对有机物亲和能力不同的有机相，合适的堆垛密度是形成高效有机相的基础。同时推测，调控烷基链堆垛密度在合适的范围内可增强有机粘土的吸附性能。虽然有机膨润土吸附特性及有机污染控制应用已有大量研究，但要实现有机膨润土污染3控制大规模工程化应用，仍然需要进一步提高其污染控制效率，以降低其污染控制成本。藉此，需要以吸附原理为指导，通过调控有机膨润土的微观结构来优化其污染控制效率，为开发新型粘土矿物吸附材料提供理论支持。有机膨润土的疏水特性使得它能高效的吸附有机污染物，在环境有机污染控制中有很好的应用前景，但是有机膨润土的结构功能单一，为此，有研究者在制备有机膨润土的同时，在膨润土纳米层间引入其他功能试剂，使得有机膨润土具有新的特性。而有机物主要通过表面吸附和分配作用进入到表面活性剂烷基链形成的有机相中，而烷基链的排列模式和堆垛密度是影响有机膨润土吸附性能的重要因素。长链高分子聚电解质有较高的电荷/质量比，当用其改性有机膨润土时，即使是较小的插层量仍能占据膨润土层间较多的电荷位点，从而促使有机膨润土中表面活性剂的烷基链排列更加紧密，烷基链堆垛密度增加，形成对有机物亲和能力更强的有机相，增大有机膨润土对有机物的吸附量；而加入不同的长链高分子聚电解质，也可使膨润土层间电荷发生翻转，或者引入其他功能基团，使其对阴离子污染物有较强的吸附作用，或者对水体中重金属离子有较强的吸附作用，为提高其污染控制效率，降低其污染控制成本，开发新型粘土矿物吸附材料提供切实可行的依据。所以，本工作采用阳离子表面活性剂长链高分子聚电解质改性膨润土，期望其在吸附有机污染物、阴离子污染物和重金属离子时，有较好的吸附效果，进而拓宽复合膨润土的应用范围。三、本课题研究的内容、目的和意义1、研究内容（1）有机膨润土对有机物的吸附特性以内蒙古钙基膨润土（阳离子交换容量为108mmol/100g）为载体，以季铵盐型阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTMAB）为离子交换改性剂，制备系列不同阳离子表面活性剂负载量的有机膨润土，研究它们对低浓度和高浓度的苯酚、硝基苯等有机物的吸附特性。（2）复合改性有机膨润土对有机物的吸附特性加入不同长链高分子聚电解质，用其改性CTMAB有机膨润土，制备系列不同的复合膨润土，研究他们对低浓度和高浓度的苯酚、硝基苯等有机物的吸附特性。（3）复合改性有机膨润土对阴离子污染物和重金属离子的吸附特性以水体中常见的PO43-为阴离子污染物代表，Cu2+为重金属离子代表，研究复合膨润土对它们的吸附特性。（4）有机膨润土的结构表征采用XRD、FTIR、BET、TG、Raman等多种结构表征手段，系统研究有机膨润土的底面间距、表面活性剂的堆垛密度及空间构型、有机膨润土的比较面积等结构特征，并于复合4膨润土的表征结果对比，明确高分子阳离子聚电解质对有机膨润土吸附性能的影响。2、研究目的和意义通过加入价格低廉的高分子聚电解质改性有机膨润土，研究开发出新型复合有机膨润土，能够同时吸附有机污染物、阴离子污染物和重金属离子，增大其吸附容量，提高其污染控制效率，以降低其污染控制成本，拓宽复合膨润土的应用范围，使其在多领域应用，同时为制备新型高效多功能膨润土吸附剂提供理论基础，并为含有机污染物、阴离子污染物和重金属离子的复杂废水提供新的吸附处理方法。四、已有实验条件及实验设计方案1、已有的实验条件（1）制备有机膨润土的各种实验材料和药品以及需要处理的目标污染物（2）磁力搅拌器、高速冷冻离心机、气浴振荡器等开展制备和吸附实验的实验器材（3）紫外-可见光分光光度计、原子吸收光谱仪等分析测试仪器（4）学校的分析测试中心和中科院广州地球化学研究所提供的XRD、FTIR、BET、TG、Raman等结构表征仪器2、实验设计方案制备有机阳离子负载量有机膨润土对各种物质的吸附性能结构特征测试表征复合有机膨润土的吸附性能及有机膨润土的结构对吸附性能的影响有机阳离子负载量高分子阳离子电解质复合有机膨润土结构特征对各种物质的吸附性能表征测试制备比较研究5五、目前工作进展情况、存在问题及解决的方法和措施1、目前工作进展情况本研究目前已制备不同CTMAB负载量（0.6CEC~1.0CEC）的有机膨润土，并研究它们对低浓度和高浓度的苯酚、硝基苯的吸附性能，结果表明：CTMAB有机膨润土对苯酚和硝基苯有很好的吸附效果，随着CTMAB负载量（0.6CEC~1.0CEC）的增大，有机膨润土对苯酚和硝基苯的吸附量逐渐增大，而在低浓度时，其吸附等温线呈线性关系，高浓度时，其吸附等温线呈非线性关系；对于长链高分子聚电解质则选择了价格低廉的阳离子型聚丙烯酰胺（CPAM），并用CTMAB与CPAM共同改性膨润土，制备了系列复合有机膨润土，并初步研究它们的吸附性能，初步实验结果表明：复合有机膨润土的吸附性能好于有机膨润土。2、存在问题对于加入长链高分子聚电解质后复合膨润土的结构变化问题，不同复合膨润土去除污染物的效果，以及对复杂废水的处理问题。3、解决的方法和措施（1）使用XRD、FTIR、BET、TG、Raman等表征手段，对各种膨润土进行表征，并对比他们结构的变化，进而明确高分子阳离子聚电解质对有机膨润土吸附性能的影响。（2）选择不同的长链高分子聚电解质，制备不同的复合膨润土，并研究他们对各种污染物的吸附性能。六、完成论文时间及预期结果论文完成时间：预计2010年4月预期结果：使用价格低廉的长链高分子聚电解质改性有机膨润土，研究开发出新型复合有机膨润土，能够同时吸附有机污染物、阴离子污染物和重金属离子，增大其吸附容量，提高其污染控制效率，以降低其污染控制成本，拓宽复合膨润土的应用范围，使其在多领域应用。发表较高水平学术论文4~5篇；申请国家专利1~2项。6七、论文工作进度安排工作内容目的和要求完成日期检查方式查阅文献资料熟悉国内外研究动态，掌握研究前沿，寻找课题突破2008年9月课题组会议汇报实验准备阶段以及药品的购置了解各种安全操作规程以及熟悉仪器设备使用2009年10月自检各种有机膨润土的制备及其吸附性能研究明确有机膨润土的吸附性能2009年12月自检和课题组汇报各种有机膨润土的结构表征明确有机膨润土内部结构的变化2010年3月自检学术论文以及专利的撰写阶段性成果总结2010年2月自检补充实验加强研究课题的完整性2010年3月课题组汇报毕业论文撰写完成课题总结2010年4月自检和课题组汇报7八、论文工作出差计划出差地点任务及要求起止日期检查方式长沙对有机膨润土进行表征2009年5月15日~16日自检广州对有机膨润土进行表征2009年11月10日~20日自检广州对有机膨润土进行表征2010年3月20日~25日自检九、经费预算开支项目及名称金额备注实验装置1000.00实验药品1500.00检测费用2000.00文章版面费用3000.00办公费用500.008导师审查意见该课题研究目标明确、内容合理、方案切实可行，具有的理论深度和现实意义；工作进度安排合理，预计成果切合实际，可以实现。研究内容中“开发的复合有机膨润土预期可以同时吸附有机污染物、阴离子污染物和重金属离子”国内外鲜有报道，具有创新性，可以提高有机膨润土的污染控制效率，降低其污染控制成本，拓宽其应用范围，使其在多领域应用。符合硕士研究生学术水平要求，同意王通的开题，并对该研究课题予以指导。导师签字：年月日学位点审查意见学位点负责人签字：年月日学院审查意见学院负责人签字：年月日