摘 要

蒙脱石自然资源丰富，因具有较大的比表面积和良好的阳离子交换性能，在对其进行吸附剂的开发和利用上存在一定优势，受到很多学者关注。但是，粉末状的蒙脱石在吸附后存在固液分离困难的问题。

与通过传统化学聚合法形成三维凝胶不同，本研究将蒙脱石剥离成二维纳米片后，与壳聚糖在超分子作用力下以自组装的方式形成三维结构的凝胶。本研究探讨了不同蒙脱石纳米片浓度对凝胶的影响，并考察了三种凝胶对亚甲基蓝的吸附性能，包括pH对吸附的影响、吸附动力学、吸附热力学和吸附机理等。

研究结果表明，蒙脱石原矿通过离心和超声实现提纯剥离后，不同浓度的蒙脱石纳米片在超分子作用力下与壳聚糖自组装形成三维结构凝胶形成的孔径和孔型差异大，且低蒙脱石纳米片浓度凝胶吸附亚甲基蓝性能优于其他两个凝胶，这是因为低蒙脱石纳米片浓度凝胶比表面积和孔径最大；三种凝胶符合准二级吸附动力学模型，且对于整个吸附行为来说，属于自发的吸热过程；自组装蒙脱石凝胶在吸附亚甲基蓝时，凝胶中的钠离子与亚甲基蓝发生阳离子交换现象，即凝胶吸附亚甲基蓝为物理吸附过程。

关键词：剥离型蒙脱石；浓度；自组装；凝胶；吸附；

Abstract

Montmorillonite is rich in natural resources, because of its large specific surface area and good cation exchange performance, The montmorillonite as adsorbent has a series of advantages, which attracted many attentions. However, the powdery montmorillonite has a problem that it is difficult for solid-liquid separation after adsorption.

In contrast to the traditional three-dimensional gels which formed by chemical polymerizetion. The two-dimensional nanosheet of exfoliated montmorillonite and chitosan Self-assembled three-dimensional gels through supramolecular force in this work. The effects of montmorillonite nanosheets concentration on the properties of the gels were investigated. The adsorption properties of of the methylene blue for the three gels were investigated, including pH, adsorption kinetics, adsorption thermodynamics and adsorption mechanism.

The results show that the three dimensional gels which self-assembled by different concentration of montmorillonite nanosheets have different specific surface area and pore size Moveover, the gels with the low concentration of montmorillonite nanosheets have higher surface area and pore size. The three kinds of gels met the pseudo-second order model and the adsorption of methylene blue were spontaneous endothermic processes.When the self-assembled montmorillonite gel adsorbs methylene blue, the sodium ions in the gel undergo cation exchange with methylene blue , which belongs to the physical adsorption process.

Keywords: exfoliated montmorillonite ;concentration; self-assembly; gel; adsorption

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1蒙脱石简介 1

1.1.1蒙脱石组成及性质 1

1.1.2蒙脱石的分类及用途 2

1.2蒙脱石的改性研究现状 3

1.2.1物理改性 3

1.2.2无机改性 3

1.2.3有机改性 4

1.2.4原位聚合改性 4

1.3壳聚糖简介及其在改性蒙脱石上的应用 4

1.3.1壳聚糖简介 5

1.3.2壳聚糖在改性蒙脱石中应用 5

1.4研究的目的和意义 6

1.5研究的内容和技术方案 6

第2章 试验原料、仪器及研究方法 7

2.1试验原料及处理 7

2.2试验设备仪器及试剂 7

2.3试验研究方法 8

2.3.1蒙脱石原矿的提纯剥离 8

2.3.2剥离型蒙脱石凝胶的制备 9

2.3.3凝胶吸附亚甲基蓝试验 9

2.4测试表征 12

2.4.1X射线荧光光谱分析 12

2.4.2激光粒度分析 12

2.4.3原子力显微镜分析 12

2.4.4场发射扫描电子显微镜分析 13

2.4.5傅里叶变换红外光谱分析 13

2.4.6比表面积测定分析 13

2.4.7X射线光电子能谱分析 13

第3章 剥离型蒙脱石自组装凝胶的制备及表征 14

3.1凝胶制备原料的表征 14

3.1.1化学组成 14

3.1.2粒度分析 15

3.1.3厚度分析 16

3.2蒙脱石自组装凝胶的形貌分析 16

3.3凝胶傅里叶变换红外分析 18

3.3比表面积分析 18

第4章 自组装凝胶对亚甲基蓝吸附性能的研究 20

4.1 pH对吸附的影响试验 20

4.2吸附动力学研究 21

4.3吸附等温线研究 22

4.4.吸附热力学研究 24

4.5吸附机理分析 26

4.4.1傅里叶变换红外分析 26

4.4.2X射线光电子分析 27

第5章 结论 29

参考文献 30

致谢 33

第1章 绪论

1847年A.A.Damour和D.Saluetat对法国蒙莫里永附近的粘土研究时新发现了一种少量碱和碱土金属的含水铝硅酸盐矿物，并将其命名成蒙脱石，由此拉开了人们对蒙脱石研究的序幕，历经一个世纪，在Le Chatelier、Hofmann和Ross等人不懈努力下，揭开了蒙脱石神秘的面纱，对蒙脱石的化学式、结构和矿物学性质进行了阐述，并发展为化学成分复杂的一大族矿物——蒙脱石族。且由于蒙脱石本身具有良好吸水膨胀、吸附和触变等特点，广泛应用于化工、医药和造纸等领域。

1.1蒙脱石简介

1.1.1蒙脱石组成及性质

蒙脱石是膨润土的主要矿物成分，也是典型的2：1层状硅酸盐矿物，其晶体单元如图1.1所示。

=O^2-

=OH^-

=Si⁴

=Al³

图1.1 蒙脱石晶体结构示意图