目 录
1 绪论 1
1.1 铬的污染现状及处理方法 1
1.2 凹土简介 2
1.3 课题研究内容 4
1.4 研究技术路线 4
1.5 课题研究意义 5
2 磁性凹土基复合材料的制备和表征 6
2.1 实验仪器与药品 6
2.2 磁性凹土基复合材料的制备 7
2.3 磁性凹土基复合材料的表征方法 8
2.4 结果与分析 9
3 磁性凹土基复合材料对水中六价铬的吸附性能研究 11
3.1 标准曲线的绘制 11
3.2 吸附剂用量的影响 13
3.3 溶液pH对吸附性能的影响 13
3.4 静态吸附动力学实验 13
3.5 吸附等温线实验 14
3.6 离子强度对吸附的影响 14
3.7 结果与讨论 15
4 总结与展望 21
4.1 总结 21
4.2 展望 22
致谢 23
参考文献 24
1 绪论
1.1 铬的污染现状及处理方法
1.1.1 铬的来源
随着我国经济的迅速发展，铬及其各种化合物在电镀、冶金等行业得到了广泛的应用。在工业生产的过程中，大量的含铬粉尘、铬渣以及含铬废水进入到环境中，对自然环境构成了严重的威胁。由于六价铬能大量的存在于水体之中，在雨水的作用下粉尘中的铬容易进入水体中，在雨水的冲击下铬渣中铬也会大量的进入水体环境，以 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q:  3_5_1_9_1_6_0_7_2 
及含铬废水的排放会对地下水造成严重的威胁。
1.1.2 铬的危害
伴随着工业生产和人类活动过程，铬以多样的形式进入自然环境。一般条件下铬在水体中以三价和六价的形式存在，其中六价铬的毒性较大，对生态环境和人体健康具有严重的危害。同时六价铬对人体的消化道和皮肤具有刺激作用，能引起接触性皮炎，导致皮肤过敏等。具有较强毒性的六价铬进入水体后，通过被人体饮用，皮肤接触等方式进入人体，危害人体健康。六价铬具有“三致”作用，即致癌、致畸、致突变，因而被列为对人体危害最大的八大化学物质之一，同时也是美国环保署公认的重点污染物[1]。
1.1.3 铬的处理方法
含铬废水的治理方法很多，目前国内外常见的处理方法有生物法、化学还原沉淀法、离子交换法和吸附法等。
（1）生物法
生物法主要依靠人工培养的功能菌处理含铬废水，此方法成本低、去除率高、吸附剂来源广，尤其是在处理低浓度的废水中，具有较好的应用价值。
生物法包括生物吸附法和植物修复法。生物吸附法选用具有特殊化学结构和特性的生物来吸附游离于水中的金属离子，并经过固液分离，从而去除水体中的金属离子。此类微生物分泌出的胞外多聚物依附在细胞壁的表面上，然后六价铬离子通过离子交换、络合或还原等方式进行转化，从而达到去除废水中六价铬离子的目的[2]。植物修复法是选用抗性植物，通过吸收、沉淀以及富集等方式来去除废水中的重金属离子，从而达到出水水质的要求。
（2）化学还原沉淀法
化学还原沉淀法主要包括钡盐法和还原沉淀法。钡盐法是针对去除废水中的铬离子而采用的方法，由于铬酸钡不溶于水，所以将碳酸钡溶液与铬酸进行混合，使铬酸根离子将碳酸根离子置换出来，从而形成铬酸钡沉淀。同时采用石膏去除多余的钡离子，采用聚氯乙烯微孔塑料管去除水体中的铬酸钡沉淀。该方法投资小，处理效果好，产生的铬酸钡沉淀可以回收作为工业原料，因此具有较好的应用价值[3]。
还原沉淀法是通过向废水中加入还原剂，将还原的金属离子在一定的条件下形成沉淀，并通过固液分离达到去除重金属离子的目的。
（3）离子交换法
离子交换法主要是将废水中的金属离子与离子交换树脂上的可交换离子进行交换结合，再采用某种方法将金属离子解析出来，从而通过浓缩达到去除金属离子的目的[4]。该方法可用于回收废水中的金属离子，但只适用于处理低浓度重金属离子的废水，对处理要求较高，工艺较为复杂。
（4）吸附法
吸附法的关键在于吸附剂的选择，吸附剂的种类很多，包括有机高分子树脂、活性炭、天然矿物、膨润土等。吸附法具有出水质量高、处理速度快、经济性好、材料来源广泛等优点，因而得以广泛的应用[5]。天然的吸附材料因孔道中存在一些杂质从而吸附能力较低，影响了天然材料的实际应用效果，如吸附量不大、耐酸碱性不高等，因此在实际应用中逐渐开始研究对天然材料进行改性，提升材料的吸附性能。改性材料可以克服了许多天然材料的缺点，从而改性后的材料具有吸附效果好、经济性好等优点，具有广泛的应用前景。
凹土作为天然的吸附材料，采用keggin离子溶液对凹土进行改性，凹土晶体在化学力和静电力的作用下将keggin离子吸附于表面，从而使原凹土表面的性质发生了改变，使得当pH于4至9之间时，凹土表面的电动电位由负变正，提高了凹土吸附 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q:  3_5_1_9_1_6_0_7_2 
阴离子的能力。因此，采用keggin离子改性凹土，可以大大提升了凹土吸附水体中的六价铬离子的能力。
1.2 凹土简介
凹土又被称为坡缕石，它主要是指以凹土为主要成分的一种粘土矿物质。二十世纪末，在江苏的盱眙县发现了凹土矿，经过勘察为大型矿床。并且盱眙地区的凹土品位高、储量大[6]。最新探索表明，该地区粘土矿产资源的储备量占我国的百分之七十左右，占全世界的百分之五十。因此，我国凹土矿产资源的储备量位于世界前列，足以满足我国工业生产的需求。
1.2.1 凹土的结构
凹土是由一系列的硅氧四面体双链所构成，其中每个链由氧原子来连接。其中每四个氧原子为一组，由四面体片连续地连接构成链层状的硅酸盐。其中由于八面体片中氧原子的指向不同，因此八面体片不连续，从而产生很多孔道，使凹土具有巨大的比表面积，具有良好的吸附性能[7]。
1.2.2 凹土的特点
凹土由于其特殊的结构，具有许多优良的特点，如吸附性、载体性、带电性及胶体性等。
（1）吸附性
由于凹土具有大量的微孔道，根据Serna提出的凹土的平均纤维模型，对凹土进行理论计算得出其内表面积大约600m2/g，同时由于凹土呈纳米纤维状，其外表面积大约300m2/g，因而凹土具有巨大的比表面积。
（2）载体性
由于凹土的巨大比表面积，以及较大的长径比，因此凹土成为一种优良的载体。某种物质可以附着于凹土晶体内部的大孔道表面上，并且也可以从凹土内部扩散释放出来。因此凹土也常被用为催化剂载体。
(3)带电性
凹土带电性是凹土的又一特点，其主要分为结构电荷和表面电荷。结构电荷的产生是晶体中类质同象替代，产生过剩负电荷。表面电荷是凹土表面硅氧破键、镁氧破键水解产生的[8]。
(4)胶体性
由于凹土特殊的电荷分布，因而表现出良好的胶体性质和水悬浮性质。凹土的流变特性与其他各项异性材料相同，在所有浓度下是触变性的非牛顿流体，主要是因为凹土的晶束或者团聚体随着剪切力的增加而解离为棒状单晶体，所以变得容易流动。

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