1、本科毕业设计（论文）活性白土的制备及对铅铬黄吸附性能的研究学生姓名： 学生学号： 院（系）： 年级专业： 指导教师： 助理指导教师： 二一三年六月哈弗大学本科毕业设计（论文） 摘要 I摘要本次实验以云南曲靖钙基膨润土为原料，研究采用湿法制备活性白土的工艺；同时也对活性白土对铅铬黄的吸附性能研究进行了研究。活性白土的制备的实验过程中研究了硫酸与盐酸的浓度、温度、时间、硫酸与盐酸组成的混酸体积比、酸固比对活性白土的主要性能指标的影响。研究结果表明活性白土的制备的最佳工艺条件：混酸体积比为 1:1、酸固比 4:1、活化温度70、活化时间 4h，可得到的活性度为 211.3，脱色率为 89.9%的高效
2、活性白土。活性白土对铅铬黄的吸附实验过程中研究了活性白的使用量、吸附时间和吸附温度对吸附效率的影响。研究结果表明铅铬黄吸附的最佳工艺条件：吸附温度27、吸附时间 50min、活性白土用量 3.00g、对体积为 50ml，浓度为 0.2mg/L的铅铬黄模拟废液吸附率达到 99.10%。吸附后的铅铬黄废液完全达到工业生产的排放标准。关键字:膨润土，活性白土，混酸改性，吸附，铅铬黄哈弗大学本科毕业设计（论文） 摘要 IIABSTRACTIn this experiment, Yunnan Qujing calcium bentonite as raw material, the activated
3、clay prepared by wet process; but also on activated clay for lead chrome yellow Adsorption was studied. Activated clay prepared experiment studied the concentration of sulfuric acid and hydrochloric acid, temperature, time, sulfuric acid and hydrochloric acid mixture consisting of the volume ratio o
4、f the acid activated clay solid ratio on the impact of key performance indicators. The results showed that the preparation of activated clay optimum conditions: mixed acid volume ratio of 1:1, 4:1 solid acid activation temperature 70, activation time 4h, the activity can be obtained 211.3 degrees, t
5、he decolorization rate was 89.9% efficient activated clay.Lead chrome yellow activated clay adsorption experiments studied the use of the active white, adsorption time and adsorption temperature on the adsorption efficiency. The results showed that the adsorption of lead chrome yellow optimum condit
6、ions: adsorption temperature 27, adsorption time 50min, activated clay dosage 3.00g, on a volume of 50ml, the concentration of 0.2mg/L of lead chrome yellow simulated wastewater adsorption rate reached 99.10% . After adsorption of lead chrome yellow waste fully meet the emission standards of industr
7、ial production.Keywords：Bentonite, activated clay, mixed acid modification, adsorption, lead chrome yellow哈弗大学本科毕业设计（论文） 目录目 录摘 要 .IABSTRACT.II1 绪论 .11.1 膨润土 .11.2 膨润土的用途 .11.3 课题背景 .21.4 活性白土 .31.5 活性白土制备机理 .31.6 活 性 白 土 的 生 产 工 艺 .41.7 活性白土的用途 .51.7.1 植物油的净化 .51.7.2 催化剂 .61.7.3 无碳复写纸生产 .61.7.4 环保
8、.61.7.5 其他方面 .61.8 活性白土研究现状及发展趋势 .61.9 铅铬黄 .71.9.1 铅铬黄的用途 .71.9.2 铅铬黄工业污染的形成 .81.9.3 活性白土对铅铬黄的吸附机理和研究方法 .82 实验研究 .92.1 实验仪器和药品 .92.1.1 实验仪器设备 .92.1.1 实验药品 .92.2 实验方案 .92.3 实验步骤 .102.3.1 H2SO4 制备活性白土 .102.3.2 HCL 制备活性白土 .11哈弗大学本科毕业设计（论文） 目录2.3.3 混酸制备活性白土 .112.3.4 活性白土对铅铬黄的吸附 .122.4 产品的检测方法 .122.4.1 活
9、性白土的分类、型号和代号 .122.4.2 活性白土的性能参数 .122.4.3 活性度的检测 .132.4.4 脱色率的检测 .133 实验结果分析 .153.1 单一酸制备活性白土 .153.1.1 H2SO4 制备活性白土 .153.1.2 HCL 制备活性白土 .163.2 混酸制备活性白土 .173.2.1 混酸体积比对活性白土性能的影响 .173.2.2 酸固比对活性白土性能的影响 .183.2.3 活化温度对活性白土性能的影响 .193.2.4 活化时间对活性白土性能的影响 .203.2.5 混酸制备活性白土小结 .213.3 活性白土对铅铬黄的吸附 .213.3.1 铅铬黄标准
10、溶液的吸光度曲线绘制 .213.3.2 活性白土用量对吸附效率的影响 .223.3.3 吸附温度对吸附效率的影响 .223.3.4 吸附时间对吸附效率的影响 .233.3.5 铅铬黄吸附实验小结 .233.4 不同酸化剂制备活性白土的 IR 分析 .234 结论及展望 .25参考文献 .26致 谢 .28哈弗大学本科毕业设计（论文） 1 绪论11 绪论1.1 膨润土膨润土(英文名Bentonite)又名膨土岩陶土、白泥等。俗名称观音土，是一种有着许多优良性能的天然层状矿物材料，美国最早发现是在怀 俄 明 州 的古地层中，呈黄绿色的粘 土 ，加水后能膨胀成糊状，后来人们就把凡是有这种性质的粘土，
11、统称为膨润土。膨润土的主要矿物成分是蒙脱石，其含量在8590%，膨润土的大部分性质都是由蒙脱石所决定的。膨润土理论结构式为：( 1/2Ca,Na )0.7(A1,MgFe)4(SiA1)8O20( 0H)4nH2O，其中钙钠为可交换离子。晶体由两个硅氧四面体中夹一个铝( 镁) 氧(氢氧 )八面体组成，属2:1层型，四面体中少量的硅被铝置换，八面体中有少量的铝被镁置换 1。膨润土的不同类型主要由其层间阳离子种类决定，层间阳离子为Na +时称钠 基 膨 润 土 ；层间阳离子为Ca 2+时称钙 基 膨 润 土 ；层间阳离子为H +时称氢基膨润土 (活 性 白 土 )；层间阳离子为有机阳离子时称有 机
12、膨 润 土 。膨润土硬度1 2，密度23g/cm 3。膨润土按蒙脱石可交换阳离子的种类、含量和层电荷大小可分为钠基膨润土、钙基膨润土、天然漂白土，其中钙基膨润土又包括钙钠基和钙镁基等。膨润土具有强的吸湿性和膨胀性，可吸附815倍于自身体积的水量，体积膨胀可达数倍至30倍 2。膨润土的多面体中高价离子被低价离子置换使得晶体层间产生永久性负电荷，故在晶体层间吸附大量阳离子且这些阳离子是可交换的。由于其特殊结构，天然膨润土本身具有很多优良的性能，如阳离子交换性、吸水性、吸附脱色性、粘结性和可塑性等，并且根据应用领域的不同还可以通过特定的方法对其进行改性，使其性能更加优异 3。1.2 膨润土的用途1.
13、铸造型砂粘结剂、快干涂料：钠基膨润土具有很强的粘结性和可塑性等，被广泛用于湿模铸造，如干模铸造时，可采用钠基膨润土与高岭土或其他粘土混合使用，效果良好 4；锂基膨润土具有胶质价高、膨胀容量高、成本低、性能好的特点，被大量用于醇基快干涂料生产中。 2.铁矿球团粘结剂：钠基膨润土具有很强的粘结性和耐高温的特点，可作为添加剂被用于铁精矿粉制作球团的工艺中，可使高炉生产能力大幅提高，现已被各钢厂所亲睐 5。 3.钻井泥浆：为了使有机钻井泥浆具有更好的流变性和携带性，可以添加膨润土可作为泥浆增稠剂，乳胶稳定剂来提高钻井泥浆的润滑度， 防腐蚀性能；哈弗大学本科毕业设计（论文） 1 绪论2而对于深井、海上钻
14、井使用的油基泥浆来说，可添加一定量的膨润土来制备出优良的油包水泥浆和抗高温解卡剂，这样不仅能提高钻进速度，而且能减少事故发生率 6。 4.涂料：由于膨润土具有优良的悬浮性、粘结性、分散性，被广泛应用于各类涂料中作悬浮剂，可增强涂料的悬浮性、粘结性、涂刷性、耐水性。5.食用油脱色去脂：由于膨润土具有优异的吸附性、脱色性能和无毒的特点，其经酸化改性的膨润土被大量用于动、植物油的脱色和去脂，是精炼食用油的最佳脱色剂。 6.石化工业：由于膨润土独特的结构和优异的性能，使得其在石化工业中， 可广泛应用于油脂、油、石蜡油的精炼、脱色、净化、石油裂化，以及有机粘结剂的合成、杀虫剂及杀菌剂的载体、塑料着色剂、
15、无碳型低橡胶的填料等 7。 7.农业：由于干膨润土含大量微量元素（铁、铜、锌、锰） ，且具有无毒、颗粒细小的特点，可用作矿物饲料添加到动物饲料中；由于膨润土具有优良的悬浮性、分散性，成本低的特点，可作农药生产中的悬浮剂和载体 8；还可作为粘结剂用于颗粒肥料生产，既可提高农肥效力又可改良土壤。 8.植树造林：由于其成本低，可将膨润土制成高吸水材料用于绿化带的培植。9.建筑：可作为防渗墙体材料，建筑地基灌浆材料；也可与其它非金属材料制成各种装饰板材、隔墙板材、泡沫绝热材料、各类面砖等。 10.纺织、丝绸印染：可代替淀粉作纺织纱浆粉、印染糊料等。 11.日化产品：由于生产成本低，可用于液固体洗涤产品
16、的生产；品质较高的膨润土还可用于生产流动性、保湿性较好的牙膏研磨剂和化妆品。 12.医药食品工业：由于其具有强吸附性，可作为澄清过滤剂，降低食品中的高分子蛋白质，增加其保质期；也可作为强吸附剂，能解除许多毒品毒性。 13.新型灭火剂：由于膨润土具有不可燃性、强力的吸水性、颗粒细小的特点，采用膨润土等研制成功的新型灭火剂一旦喷在燃烧物品表面， 就象盖上一床湿棉被，使燃烧温度立刻下降，防止火势进一步蔓延，从而起到快速灭火的作用 9。14.防雷接地：作为添加剂加入到接地降阻剂中，能增强接地性能，防腐蚀性能，且成本低。15.污水处理：由于膨润土具有较强的吸附性、分散性、悬浮性，因此其具有较强的污水处理
17、能力，可用作多种污水处理。哈弗大学本科毕业设计（论文） 1 绪论31.3 课题背景膨润土是我国的优势矿产资源，经勘探表明，我国的膨润土储量世界第一，种类齐全，分布广，遍布 26 个省市，产量和出口均居世界前列。据不完全统计，目前我国膨润土年产量已超过 350 万吨，而总储量约占世界总量的 2/3。目前已探 明 蕴 藏 量 达 到 50.87 亿吨以上。现已探明的 100 多个膨润土矿产地主要集中分布于广西、新疆、内蒙以及东 北 三 省 ，其中新 疆 和 布 克 赛 尔 蒙 古 自 治 县 境内的膨润土矿储量已突破 23 亿吨，是目前已探明储量的全国最大膨润土矿 区 10。由于膨润土特殊的晶体结
18、构，使其具有一定的吸附性能，因此在我国环境治理中广泛应用。但天然开采的膨润土的吸附能力有限，为了提高膨润土的使用效率，我们必须对其进行改性，从而制得吸附性能更高的活性白土。然而，我国的活性白土生产起步较晚，国内活性白土的生产厂约 40 家，年产量约为 42 万 t，最大的生产装置能力为年产量 5 万吨，且产地主要集中在东北、华北、华东等地区,产量占全国的 70以上，而且国内生产的高效活性白土在质量上和国外生产的高效活性白土是有很大的差距的。因此我国活性白土加工业基本仍处于“一流原料、二流技术、三流产品”的落后状态。铅铬黄是黄色或橙黄色粉末，为常用的黄色颜料，其色光随原料配比和制备条件不同而异，
19、并具有优良的耐光、耐热、耐水、耐溶剂性能。由于铅铬黄颜料安全警示色，颜料性价比优势明显，从其诞生至今仍然是当今世界主要的黄色着色颜料之一，具有很广泛的市场价值。近年来随着社会的进步，人们的环保意识逐步提高，铅铬黄生产过后的工艺废水中的 Cr6+ 和 Pb2+对环境污染日益受到人们的重视，因此研究如何减少铅铬黄生产过程中的废液对环境污染将是个很热课题。由于活性白土是一种无毒、无臭、无味的多孔性物质，具有优良的脱色、吸附、催化及离子交换等性质，因此其是处理铅铬黄生产后的工艺废水中的有害离子和化合物理想吸附剂。1.4 活性白土天然粘土（主要是膨润土）经酸处理后，称为酸性白土也称活性白土，其主要成分是
20、硅藻土，其本身就已有活性。活性白土的化学组成为 SiO2:(5070)w%；Al 2O3:(1016)w%;Fe 2O3:(24)w%;MgO:(1 6)w%等，其外观主要白色和灰白色为主，无臭无味，无毒，活性较好，吸附性强，在空气中容易吸潮，如放置太久或受潮会降低其吸附功能，使用时宜加热（以 80100为宜）复活，若加热至 300以上开始失去结晶水，本身结构发生变化，影响脱色效果；活性白土不溶于水、有机溶剂和各种油类中，几乎完全溶于热烧碱和盐酸中,在水及油中膨润度极小 11。哈弗大学本科毕业设计（论文） 1 绪论41.5 活性白土制备机理本次研究采用云南曲靖钙基膨润土，膨润土是以蒙脱石为主要
21、成分的粘土矿物，蒙脱石属于 2:1 型的三层结构的硅酸盐矿物，即由两个 Si-O 四面体层和一个Al(Mg)-O(H-O)八面体层组成。当其三层结构中部分 Al3+和 Si4+分别被 Mg2+和Al3+取代时，蒙脱石表面产生永久性负电荷，而使其具有较强的吸附性及阳离子交换性。故在不改变蒙脱石层状结构的情况下，可以通过酸化改性使 H+置换蒙脱石层间的可交换性阳离子(Ca 2+ 、Mg 2+ 、K + 、Na + 等)，同时也可使蒙脱石表面及内部的一些杂质被强酸溶解，以此来增加膨润土的比表面积和孔道数目，从而提高了产品的活性度、脱色率 12。1.6 活 性 白 土 的 生 产 工 艺为了得到质量高
22、，成本低的活性白土产品，许多国内外的科研院所和生产厂家对原料选择，活化酸选择，酸化工艺，水洗工艺，脱水工艺，干燥工艺等进行了较为全面的研究并取得积极的成效，具体如下：（1）原料的选择：活性白土的原料有膨润土，高岭石粘土、蒙脱石粘土、海泡石粘土等。但是主要为膨润土，其它几种原料也在积极的研究发展中。由于每个地区膨润土的组成和结构都有不同的差异，这些都对活性白土产品的质量都要显著的影响 13。对于膨润土原矿中含有其它杂质应进行除杂和选矿，以满足生产高效活性白土的对原料的要求。（2）酸化剂的选择：目前作为酸化活性白土酸化剂常见的有无机酸，如硫酸、盐酸、磷酸、硝酸以及它们的混合酸，也有一些报道在尝试添
23、加有机酸（如草酸） 。目前对于单一酸无机酸的研究比较成熟，而对于混酸研究还是很少见，特别是对于有机酸对活性白土性能的影响需要进一步研究 14。（3）酸化工艺。目前以膨润土为原料生产活性白土生产方法主要有：湿法、干法、半干法、煅烧法、汽相法等 15。湿法：将膨润土、硫酸、水混合后在搅拌的情况下加热到一定温度活化一段时间后洗涤、烘干、破碎即得产品。该方法获得产品质量较好。最大的缺点就是耗酸量大，因而导致洗涤用水量大，环境污染严重，成本高。步骤依次为：选矿，粉粹、烘干；原土打浆、提纯并排放沙砾和水；加入酸和水，在约90下活化反应，同时以合适的速率搅拌；漂洗，吸滤；干燥、粉碎；主要性能指标检测、包装。
24、干法：将少量酸和水与膨润土混合后充分搅拌，放置一段时间，然后烘干、分碎即得成品。这种方法虽然降低了用酸量与废酸液对环境污染。但由于活化过哈弗大学本科毕业设计（论文） 1 绪论5程中酸很难均匀分散，使得活化不充分，制得产品质量较差，大大限制了其用途。生产步骤依次为：选矿、加入酸和水进行挤出法常温固相活化、干燥粉碎、成品检测、包装。半干法：将少量硫酸和水与膨润土混合后充分搅拌，在一定温度下活化(放置)一段时间，然后加入酸和水再进行第二步活化。该工艺较好地解决了湿法和干法存在的问题，且工艺简单，成本低，产品质量高。相比而言，半湿法生产工艺比传统的工艺用酸量降低50%70%，耗水量降低50%70%，产
25、品的脱色率较传统方法提高30%，且形成的污染小且易处理。汽相法：将酸、水、膨润土半干态混匀，送入加热高压的静态反应釜中进行3相反应，然后在汽相、液相、固相之间经过激烈的酸化反应后形成半干态颗粒状酸化物，最后经漂洗等工序制备活性白土的一种具有很强的使用价值的新工艺。该工艺集干法、湿法以及煅烧法的优点为一体，为我国白土生产提供了一种新工艺，与传统湿法相比其有以下优点：能节约1/2左右的用酸量和用水量，生产周期缩短1/21/3；形成的污染小且易处理；设备利用率高，投入成本低 16。锻烧法：使用的酸化剂一般是低挥发性的硫酸，但由于很难控制酸的用量，导致产品中游离酸严重超标，且反应中生成的杂质不能除去，
26、导致产品性能不稳定；若使用易挥发的盐酸作为酸化剂，则酸浪费严重，导致盐酸需求量加大，成本提高，因此在工业上不常用。（4）水洗工艺。经酸化剂处理后的活性白土都需要用水进行漂洗，经过水洗不仅可以洗去多余的游离酸，也可以除去活化后形成的可溶性硫酸盐。目前洗涤的很多，如耗水量大的传统大水池漂洗，用水量少而成本高的压滤机冲洗和喷淋洗涤。（5）脱水工艺。经过洗涤后的活性白土为含水量（3/5 4/5 ）较高的浆液，如果不经过脱水，直接将其烘干至水分含量8% (活性白土含水量标准为8% )，势必是个高耗能过程，因此添加脱水工序是很有必要的。目前国内外厂家采取的脱水工艺有如下几种：板框压滤法、沉降法或加絮剂沉降法、真空抽滤法。（6）干燥工艺：目前国内外采用的干燥工艺有许多，如喷雾干燥法，此干燥过程需消耗大量的电能和热能，是个成本较高高耗能过程；滚筒干燥机烘干法，此法耗能高、每次干燥量小，成本高；自然晒干法，此法需大面积的晒场，适用于夏季日照气温高的北方干燥地区，成本低；多功能干燥机干燥法，此干燥法不仅能干燥又能粉粹活性白土，且干燥结果较理想, 其干燥成本大约在75元每吨。
