摘 要

针对我国工业废水尤其是纺织废水未经处理便随意排放到江河湖泊中污染生态环境的不良现象，探究其解决方法。硅藻土因其资源充足，开采方便，工艺处理简单，吸附性能优良，无毒的优点，成为合适的吸附材料。而经煅烧处理后的硅藻土表面十分整洁干净，有利于进行改性处理。论文以ZBS500^#煅烧硅藻土为原料，针对改性剂的低廉高效性、处理工艺的简易及可行性，探究能使煅烧硅藻土吸附能力大幅度提升、但原料及工艺处理成本尽可能低廉的适宜条件，对实际工业生产和高效开发利用该资源具有指导作用。

论文统一蒸压改性的环境条件，既研究了各类改性剂及其不同的添加量对煅烧硅藻土吸附性能的影响，也研究了不同固液比、盛装样品的容器、处理改性样品的方式等条件因素的影响，再通过一系列XRD、XRF、SEM、激光粒度分布测试、BET比表面积测试等技术对改性前改性后的硅藻土进行分析和表征，探究硅藻土吸附性的本质以及改性使吸附性显著提高的原因。主要结论如下：

（1）添加氢氧化钠、氧化钙、氯化镁于煅烧硅藻土中蒸压改性后能大幅度提升吸附性能。

（2）随着氢氧化钠添加量的增加，吸附性能呈先增后减趋势；随着氧化钙或氯化镁添加量的增加，吸附性能呈先增后平稳趋势。

（3）当固液比为1:2时，吸附性能提升很小，而1:3以后相对于1:2有所提升，但随着水的增加吸附性能不再有明显改变。

（4）容器盖、水洗样品、物料厚度几乎对吸附性能无影响，而容器材质对吸附性能有影响，不同位置的样品的改性性能是不同的。

关键词：煅烧硅藻土，蒸压改性，亚甲基蓝，吸附

Abstract

In view of the unfavorable phenomenon that China's industrial waste water, especially textile wastewater, is discharged into rivers and lakes to pollute the ecological environment without treatment, its solution has been explored. Diatomite has become a suitable adsorbent because of its abundant resources, convenient mining, simple process treatment, excellent adsorption performance, and non-toxic advantages.Moreover the calcined diatomite surface is very clean and tidy, which is conducive to modification. The paper uses ZBS500^# calcined diatomite as raw material, explores the low cost and high efficiency of the modifier, and the simplicity and feasibility of the treatment process, and explores the suitable conditions that can greatly improve the adsorption capacity of calcined diatomite, but the raw material and processing cost are as low as possible，which has a significant guiding role in the actual industrial production and the efficient development and utilization of this resource.

The paper has unified the environmental conditions of autoclaving, and the effects of various modifiers and their different additions on the adsorption performance of calcined diatomite have been studied, as well as the influence of different solid-liquid ratios, containers containing the sample, and methods of processing the modified samples. A series of XRD, XRF, SEM, laser particle size distribution test, BET surface area test and other techniques were used to analyze and characterize the pre- and post-modified diatomite, to explore the nature of the adsorption of diatomite and the reasons for the significant improvement of adsorption. The main conclusions are as follows:

(1) The addition of sodium hydroxide, calcium oxide, and magnesium chloride after autoclave modification in calcined diatomite can significantly improve the adsorption performance.

(2) As the amount of sodium hydroxide increases, the adsorption performance increases first and then decreases; with the increase of the addition of calcium oxide or magnesium chloride, the adsorption performance showed a steady trend after the increase.

(3) When the ratio of solid to liquid is 1:2, the adsorption performance increases little, but after 1:3 it increases relative to 1:2, but the adsorption performance does not change significantly with the increase of water after 1:3.

(4) the container cover, washing the sample, the thickness of the material have almost no effect on the adsorption performance, but the container material has an influence on the adsorption performance. And the modification performance of samples in different locations is different.

Key Words：Calcined diatomite, Autoclave modification, Methylene blue, Adsorption

目录

第1章绪论 1

1.1 硅藻土的概况 1

1.1.1 基本概况 1

1.1.2 主要分布 2

1.2 优点和用途 2

1.2.1 主要优点 2

1.2.2 主要用途 2

1.3 研究现状 3

1.4 研究目的及实验设想 4

1.4.1 研究目的 4

1.4.2 实验设想 5

第2章试验方法与材料设备 6

2.1 实验材料以及设备 6

2.2 试验方法 8

2.2.1 蒸压改性试验 8

2.2.2 吸附测试试验 8

第3章试验结果与分析 10

3.1 改性离子对硅藻土吸附性能的影响 10

3.1.1 阳离子 10

3.1.2 阴离子 11

3.2 NaOH在蒸压改性中对煅烧硅藻土的吸附性能影响 13

3.2.1 NaOH添加量的条件试验 13

3.2.2 固液配比条件试验 13

3.2.3 容器影响试验 14

3.2.4 取样位置条件试验 15

3.2.5 料层厚度条件试验 16

3.2.6 取样时清洗和烘干温度条件试验 17

3.3 CaO在蒸压改性中对煅烧硅藻土的吸附性能影响 18

3.3.1 CaO添加量的条件试验 18

3.3.2固液配比条件试验 19

3.4 MgCl₂在蒸压改性中对煅烧硅藻土的吸附性能影响 20

3.4.1 MgCl₂添加量的条件试验 20

第4章样品的表征 22

4.1 形貌分析 22

4.1.1 原煅烧硅藻土扫描电镜分析 22

4.1.2 改性硅藻土扫描电镜分析 22

4.2 比表面积分析 23

第5章结论与展望 24

5.1 结论 24

5.2 展望 24

参考文献 25

致谢 26

第1章绪论

1.1 硅藻土的概况

1.1.1 基本概况

硅藻土是一种非金属矿物，主要由古代单细胞植物硅藻死亡后的遗体经沉积作用，在一定的地质条件下形成的一种多孔性、无定型性的生物沉积岩^[1]，是常见粘土矿物的一种，颗粒小于0.01毫米，十分细小。硅藻土中杂质包括Al₂O₃、Fe₂O_3、MgO、CaO和有机质等，但其化学组成还是以SiO₂为主，如下图1.1所示。

图1.1 SiO₂分子结构

硅藻土通常呈白色、灰白色、灰色和浅灰褐色等，表面含有硅烷醇基团，这种基团遍布在二氧化硅基体表面，是一种活性很高的基团，能与许多极性有机化合物和官能团反应^[2]。其矿物成分为蛋白石以及变种，也包含粘土矿物和其他微量矿物，微量矿物包含黑云母、长石等。而蛋白石成分为无定型二氧化硅（SiO₂·H₂O），故二氧化硅含量的高低成为了判断硅藻土品质好坏的重要指标。按照二氧化硅含量的多少硅藻土被分为一级土、二级土和三级土：一级土要求壳体含量在80%以上，原土化学成分中SiO₂含量75%以上；二级土要求壳体含量在70-80%，原土化学成分中SiO₂含量65-75%；三级土要求壳体含量在60%左右，原土化学成分中SiO₂含量60%左右。硅藻土具有高熔点、高孔隙率、化学性能稳定，耐酸，可作为不良导体使用。其表面有大量羟基，显示出弱酸性^[3]。硅藻土壁壳上的大量微孔使其具有很大的孔体积和比表面积，因而具有很好的吸附能力，特别是通过一系列的改性，来改变表面活性羟基的数量与其他物质成键，而改变硅藻土的吸附特性^[4]。而硅藻土资源分布广泛，价格低廉，具有很大的市场潜力，因此在科学界得到了广泛的关注。

1.1.2 主要分布

硅藻土在世界上分布广泛，据统计，世界上有122个国家或地区存在硅藻土资源。目前世界上硅藻土储量超过十亿吨。主要分布在中国、美国、丹麦、墨西哥、罗马尼亚等地。在所有储量国中，美国是世界上最大的硅藻土储量国，硅藻土基础储量超过50000万吨，产量占世界总产量超过40%，居世界第一。而我国的硅藻土储量次之，位居世界第二，在亚洲排名第一。我国吉林省硅藻土储量占全国54.8 %，云南、福建、河北等位列其后，但仅在吉林省长白山地区才存在优质硅藻土^[5]。

1.2 优点和用途

1.2.1 主要优点

硅藻土是一种多功能的矿物材料，由于其硅藻壳体的大量有序的微孔，比表面积大，且资源多、价格便宜，质轻，处理方便，有可能成为一种高效廉价的吸附剂。另外，硅藻土熔点高、热稳定性好，是热、电、声的不良导体，具有离子交换性等特性使之广泛运用于诸多工业领域。

我国硅藻土微孔孔径分布较分散，微孔间隙率较高，在液相中吸附能力突出。然而天然的硅藻土吸附能力不佳，需要近一步的改性来改善其吸附性能。

1.2.2 主要用途

基于上述优点，硅藻土被广泛地用作助滤剂、吸附剂、催化剂载体、功能填料、建筑涂料和漂白材料等，许多工业领域都离不开硅藻土的应用。

在饮品、酒水行业运用得最多的且最成功的便是助滤剂。助滤剂是指能加速过滤，而本身不与溶液起作用的不溶性惰性材料。硅藻土助滤剂通常是以优质硅藻土为原料制成的粉状材料，能提高工业生产中过滤的速度及滤液澄清度。硅藻土不仅能滤掉原液中的胶体物质、细菌、有机物质等，更能吸附啤酒发酵后的酵母菌^[6]。除此之外，硅藻土助滤剂还在冶金、石油、食品、自来水等领域有重要应用。

硅藻土作为吸附剂在水处理中有重要作用。水是人类生活的必须的重要资源。然而，随着工业的进步，必然伴随着废水废气的排放。大量有毒有害的物质进入水体，污染水资源，而目前最便捷的处理废水的方法便是吸附。而硅藻土在自然界中储量丰富，有着复杂、可控、可改造的结构特征，经稍微改性处理，便可增加其吸附效能^[7]。虽然最常见的吸附剂是活性炭，但相较于硅藻土，活性炭使用成本偏高，且再生后吸附效力会明显降低，不符合可持续发展理念，而硅藻土价格低廉、稳定的化学性质、过滤吸附性能好、不溶于酸的特点更适宜作为一种新型的吸附材料代替活性炭处理废水。

由于硅藻土的多孔性、热稳定性和易于加工的特性，可以作为理想的催化剂载体。硅藻土可以作为Zn、P、Co、Fe、Mn碱金属等多种活性成分的载体，应用范围十分广泛^[8]。在处理废水时，主要使用光催化氧化法。这种方法能耗小，无有毒副产物生成，而硅藻土载体良好的吸附性能可以使有机物很好的吸附到光催化剂表面，增大接触面积，提高降解效率^[9]。

作为功能性填料，由于硅藻土质轻，多孔隙，化学性能稳定，无毒无害等一系列优良特性，填入其他材料中，可以提高材料的耐腐蚀性、耐磨性以及强度等性能。在造纸工业中，使用填料代替部分纤维原料，既可以降低生产成本，又可以改善纸张的物理性能，而由于硅藻土表面具有硅烷醇基团，易于和复合物包覆改性，从而增强与纤维的结合力，且能有效地起到施胶增效作用，而硅藻土价格与纤维相比十分便宜，是理想的填料材料^[10]。

另外，硅藻土也广泛应用于建筑行业。我国硅藻土资源丰富，充分开发利用硅藻土资源，并应用到建筑行业，具有十分重要的意义。以硅藻土为主，加入K₂O和一些有机物，经高温处理可以制得防火涂料^[11]；以硅藻土为原料的烧结砖随着硅藻土渗入量的变化，密度、气孔率、吸水率、抗压强度也会随之改变，因而具有性质可调控性，可根据需要调整配料比，从而控制砖体性质^[12]；将硅藻泥、硅藻涂料等作为调湿材料用于室内装饰利用硅藻土在潮湿环境下吸附水分子，干燥环境下释放水分子，可以调节室内湿度，且还可以吸附室内甲醛、甲苯等有害物质，适应了健康环保需求，具有广阔的前景^[13]。

1.3 研究现状

由于世界废水排放对江河湖泊的污染愈发严重，水资源需要效率更高的回收利用，寻找加工简单、价格低廉、性能优秀的吸附材料愈发迫切需要。而硅藻土的一系列优良的特点恰好满足上述条件，备受国内外研究者的广泛关注。M.A.M.Khraisheh等人^[14]研究了煅烧硅藻土和硅藻土原矿对亚甲基蓝、活性黑、活性黑染料的吸附机理，研究发现经煅烧后硅藻土表面羟基被除去，因此对碱性染料吸附能力减弱，故硅烷醇基是负责吸附染料的主要官能团，另外煅烧后改变了硅藻土孔径、表面积、扩散性质等，从而影响了吸附性能；S.Sungworawongpana等^[15]研究了煅烧硅藻土对铬酸盐的最佳吸附效果的条件，试验发现，当硅藻土取10.0g时，在pH 6和200rpm振荡速率下接触30分钟，去除Cr（VI）的效率可达68.0％；郑权男等人^[16]利用水洗除杂工艺处理内蒙古产的有机质含量很大的硅藻土原矿，对其进行炭化处理，研究炭化温度对硅藻土中SiO₂晶相转变及硅藻土吸附性能的影响，结果显示缺氧煅烧可以使有机质炭化并在硅藻壳表面形成无定形碳而影响SiO₂高温煅烧过程中结晶相的形成；陈奖国等人^[17]研究了球磨对硅藻土吸附性能的影响，使用行星球磨机对硅藻土进行单因素和正交试验球磨，结果表明对硅藻土进行球磨处理能显著提高其吸附性能；李皓^[18]等人研究了以锰氧化物为改性剂以硅藻土精土为基体制备的改性硅藻土对模拟废水中As(V)的吸附效果的最佳条件，结果表明当环境温度为25℃、溶液pH为2、投加量为5 g/L时，改性硅藻土对2 mg/L的As(V)吸附效果最佳，去除率可达98.5％以上。我国硅藻土资源丰富，近几年来硅藻土产品品种越发丰富，品质越发优良，资源优势逐渐转变为经济优势，很好的迎合我国可持续发展战略，作为一种潜在的低成本高效率的吸附剂，值得我国学者的探索与研究。

1.4 研究目的及实验设想

1.4.1 研究目的

硅藻土作为一种多孔隙，表面积大，质轻的非金属矿，是一种不可再生的宝贵的功能性矿物材料。早在90年代，世界上已经充分利用起硅藻土资源，但开采的绝大部分都是用于制备助滤剂。国外生产助滤剂的工艺先进，技术发达，相比之下我国深加工助滤剂的行业技术不成熟，行业规范不健全，生产的助滤剂品质不高，且应用范围小，而助滤剂品质的好坏很大程度取决于助滤剂原料的吸附性能，因此如何改进生产工艺来提升硅藻土的吸附性能，显得尤为重要。

另外，伴随着我国工业的进步与发展，随之而来的便是环境处理问题。石油、纺织、印刷、造纸等工业每年将排放大量废水，尤其是有色废水，含有不同染料，耐酸碱，抗氧化能力强，难以自然降解。大部分废水都是未经处理便排放至江河湖泊，其中的重金属离子、各种有机物会严重污染生态环境，破坏生态平衡。若水资源遭受到工业废水的污染，必然将产生严重的后果，对人类乃至自然界是巨大的威胁：当饮用水中重金属离子含量过高，人类饮用后会出现恶心不适、呕吐、休克等症状，严重会导致死亡，危害人类生命健康；有色离子会使江河的透光度降低，抑制水生植物的光合作用，毒害鱼类，破坏水中生态循环系统等。

以上是毕业论文大纲或资料介绍，该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取，微信号：bysjorg。

相关图片展示：