本文首次采用Mg-Al水滑石(Mg-Al-LDH)、水合氧化铈(HCO)、层状磷酸钛锆(-Ti-O-P-Zr-O-)等无机材料对多孔硅基颗粒进行改性修饰制备出不同功能的复合吸附剂,分别将其应用于不同离子的去除,并对吸附性能以及吸附机理进行评价。此外,针对吸附材料吸附有害离子后的处理问题,本文重点进行了钛酸钠吸附锶离子后的固化研究,并对固化效果以及固化机理进行了探讨。碘离子(I^-)是一种典型的有毒阴离子污染物,会导致甲状腺癌、白血病和代谢紊乱,对人体的健康构成巨大威胁。层状氢氧化物(LDHs)及其改性形式是一种阴离子粘土矿具有与水镁石类似的层状结构,可以去除水溶液中的大量离子污染物。美铝金属复合氧化物(Mg-Al-LDO)是在450℃下Mg-Al-LDH的煅烧产物,硅基美铝金属复合氧化物(Mg-Al-LDO/Si O₂)是本研究中吸收碘离子的主要吸收剂。本文采用各种表征手段对复合吸附剂内部形貌特征进行了表征,场发射扫描电镜(FESEM),红外光谱(FT-IR)和X射线衍射(XRD)结果表明,水滑石在硅基体通道中生长良好。本文详细研究了复合吸附剂用量、水溶液p H值、初始碘离子浓度对吸附容量的影响。静态实验结果表明,Mg-Al-LDO/Si O₂吸附剂对碘离子具有很好的吸附性能,用量为0.05 g/100 m L的吸附剂从30 mg/L的碘离子溶液中5 min去除效率达到99.81%。吸附动力学符合准二级动力学模型。柱实验数据表明,Mg-Al-LDO/Si O₂能够在柱子中连续处理碘离子流出物,并能够通过调节床层高度得到最佳的穿透曲线。实验穿透曲线数据采用Thomas、Adams-Bohart、Yoon-Nelson模型进行拟合。磷是一种重要的水污染物,水体生态系统中磷的过度排放导致传统处理技术不能处理过多的磷元素,无法满足日益严格的环境法规对磷排放的要求。氧化铈(Ce O₂)是储量丰富的稀有金属氧化物,它具有孔结构丰富、洗脱度低、阴离子的亲和性高等优点是处理有害阴离子的有效吸附剂。本文通过浸渍-煅烧-活化法将高价Ce元素固定在多孔二氧化硅微球上制备出硅基复合氧化铈吸附剂,以有效地去除磷酸根。硅基复合吸附剂通过以下步骤合成:(1)将Ce³⁺吸附在二氧化硅球表面;(2)通过热分解过程将六水硝酸铈转化为二氧化铈;(3)通过酸活化过程将无水二氧化铈转化为无水氧化铈(HCO-Si O₂)。结果表明,在90.5℃和218.0℃,升温速率为2℃/min时,氧化铈纳米颗粒在氧化硅球表面均匀生长。XRD和X射线光电子能谱(XPS)结果表明,Ce³⁺原子可以被氧化成Ce⁴⁺原子产生大量的还原性离子交换位点。静态吸附实验表明,硅基水合氧化铈具有良好的除磷性能,最大吸附量为85.5 mg/g。动力学和等温研究表明,实验数据符合拟二级动力学和Langmuir模型。吸附机理分析表明,磷酸盐离子通过还原和离子交换反应(Ce O₂与Ce PO₄发生还原以及离子交换反应)被分离。镍是一种可致癌的重金属元素,如果含镍废水不加处理任意排放,不但会危害环境和人体健康,还会造成贵金属资源浪费。对于低浓度镍离子的去除,本研究采用逐层沉积法制备了硅基磷酸钛锆复合吸附剂(-Si-Ti-O-P-Zr-O-),通过静态实验对其在镍离子稀溶液中的吸附性能进行了详细研究。FESEM结果表明,原始吸附剂呈现光滑整齐的形态,而吸附离子后的吸附剂呈现粗糙的形态。元素分析结果证实了金属元素(Si、O、Ti、P、Zr)的存在和吸附的镍元素的存在。FT-IR结果发现了-Si-Ti-O-、-Si-Ti-O-P-、-Si-Ti-O-P-Zr-O-的新条带形成,从而保证了磷酸锆钛矿对硅基载体的成功改性。在静态实验中,吸附镍离子的最佳p H值为8,室温平衡时间为30 mins,最大吸附量为50.1 mg/g。吸附过程的吸附动力学符合准二级动力学模型,等温吸附过程与Redlich-Peterson模型吻合较好。核事故和日常核电站是锶释放的主要来源,采用合理的方法将吸附后的吸附剂进行合理的固化处理能够避免二次污染的发生。本论文采用改进的溶胶-凝胶法制备了钛酸钠(Na₂Ti_nO_2n+1)粉体并用其对锶离子进行吸附和原位固化。XRD结果表明Na₂Ti_nO_2n+1在400℃煅烧10 h后转变为锐钛矿结构,合成吸附剂的比表面积为65.01 m²/g。静态吸附实验结果表明,Na₂Ti_nO_2n+1能够有效地去除Sr²⁺,最大吸附量达49.6 mg/g。吸附剂在共存离子Ba²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cs⁺、K⁺中对Sr²⁺表现出较高的选择性,吸附顺序为Sr²⁺>Ba²⁺>Ca²⁺>Mg²⁺>Cs⁺>K⁺。在固化阶段,钛酸盐陶瓷在不同介质中的浸出实验表明,其对吸附的Sr²⁺具有良好的固化性能,能够有效阻止吸附锶离子的泄露以避免造成二次污染。