本文以三种不同的粘土矿物为材料,研究了不同条件下它们对重金属离子的吸附效果,比较了它们的吸附差异性,探讨了不同粘土矿物材料对重金属离子的吸附特征,同时研究了Cu2+和Zn2+共存条件下,天然膨润土对其吸附效果及其影响因素,并比较了与其单独存在下的吸附差异性,以期为实际应用提供参考。通过研究膨润土对重金属离子不同吸附类型的吸附量及膨润土吸附重金属离子前后的结构变化,探讨了膨润土吸附重金属离子的有关机理,以期为更好地利用膨润土等粘土矿物材料处理重金属废水提供理论依据。同时,本实验首次利用羟基铬柱撑膨润土处理含Cr(Ⅵ)模拟废水,探讨了羟基铝、羟基铬柱撑膨润土对Cr(Ⅵ)的吸附效果,讨论其与原膨润土对Cr(Ⅵ)的吸附差异性,并且观察了羟基铝、羟基铬柱撑膨润土与原膨润土的X射线衍射特征变化,初步探讨了其吸附机理。研究的主要结果如下:(1)对于具有可膨胀层间的粘土矿物而言,其对目标重金属的吸附量不仅仅由单一的阳离子交换量所决定。就吸附特点而言,在一定的浓度范围内,所试三种矿物(膨润土、蛭石、沸石)对Cu2+、Zn2+、Cd2+和Pb2+的吸附均呈很好的直线关系。(2)重金属离子在矿物表面的吸附过程是个迅速的过程,矿物对重金属离子的吸附在10min内即可达最大值。粘土矿物不同颗粒细度对重金属离子的去除率有所不同,但并非颗粒越细吸附量越大。较高的pH(6左右)有助于粘土矿物对溶液中重金属离子的吸附,但考虑到实际操作的其它因素,不能把pH调得过高。(3)Cu2+、Zn2+共存条件下,膨润土对其吸附依然是迅速的过程,10min内即可达最大值。膨润土不同颗粒细度对Cu2+和Zn2+的吸附量变化与其单独存在条件下一致。较高的pH(6左右)仍然有助于膨润土对混合溶液中Cu2+的吸附,但对Zn2+的吸附较其单独存在下受pH的影响小。(4) Zn2+的存在对膨润土吸附Cu2+有一定影响,但膨润土吸附混合液中Zn2+的量大于Cu2+的吸附减少量。相对于Zn2+对膨润土吸附Cu2+的影响, Cu2+对膨润土吸附Zn2+的影响更大。(5)相同重金属摩尔浓度条件下,膨润土对Cu2+的吸附量稍高于Zn2+和Cd2+,但总体相差不大。即膨润土对重金属离子的吸附量主要由溶液中重金属离子的摩尔浓度决定的,而与重金属离子的种类关系不大。(6)膨润土对Cu2+的吸附基本上都是晶层吸附,而对Zn2+和Cd2+的吸附既存在表面吸附又存在晶层吸附。膨润土对Cu2+、Zn2+和Cd2+的晶层吸附量大小顺序依次为Cu2+ > Zn2+ > Cd2+。吸附Cu2+以后膨润土层间距加大,说明有一部分的Cu2+进入到了膨润土的层间。(7)除200℃热活化膨润土对Cu2+的吸附量较天然膨润土稍大外,400℃、600℃和800℃热活化膨润土对Cu2+的吸附量均比天然膨润土小。同时,不同热活化膨润土的d001值均低于天然膨润土,且其d001衍射峰明显向高角度偏移,衍射峰强度也低于天然膨润土。(8)不同体积分数硫酸活化后膨润土对Cu2+的吸附量均较天然膨润土有所降低。不同酸改性膨润土的d001衍射峰强度均低于天然膨润土,除20%硫酸活化土外,不同酸活化膨润土的d001值也均较天然膨润土小。(9)酸-钠化膨润土对Cu2+的吸附明显优于天然膨润土。膨润土经酸-钠改性后,其d001衍射峰明显发生偏移,衍射峰强度显著降低,d001值也由1.5301nm降至1.2571nm。(10)羟基铬柱撑膨润土对溶液中Cr(Ⅵ)的吸附显著好于羟基铝柱撑膨润土和原膨润土。羟基铬柱撑膨润土对Cr(Ⅵ)的吸附在30 min内即可达到吸附平衡。在溶液浓度为20mg L-1以下时,羟基铬柱撑膨润土对溶液中Cr(Ⅵ)的吸附量与溶液Cr(Ⅵ)浓度呈很好的直线关系,可用二元一次方程来表示:y=0.0199x-0.017,R2=0.9908。(11)溶液pH在4-10范围内时,羟基铬柱撑膨润土对溶液中Cr(Ⅵ)的吸附效果均很好,在pH为12时,其对Cr(Ⅵ)的吸附量明显降低;羟基铝柱撑膨润土对Cr(Ⅵ)的吸附受溶液pH的影响很小。