本文關(guān)鍵詞：新生態(tài)鐵錳氧化物和新生態(tài)錳氧化物去除水中痕量汞的效能及機(jī)理　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著社會(huì)的發(fā)展,越來越多的水資源遭受到重金屬的污染。汞作為一種重金屬,會(huì)通過多種途徑進(jìn)入天然水體,造成嚴(yán)重污染。天然水作為飲用水源時(shí),極低的汞濃度就會(huì)對(duì)人類健康造成毒害。《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)規(guī)定飲用水中汞的最高限值為0.001 mg/L。當(dāng)前,很多除汞方法都是針對(duì)廢水中較高含量的汞,而水中痕量級(jí)別的汞卻很難被徹底去除。針對(duì)這一難題,本文研究新生態(tài)鐵錳氧化物(新生態(tài)鐵錳)和新生態(tài)錳氧化物(新生態(tài)錳)去除水中痕量汞的效能和機(jī)理。本研究工藝以強(qiáng)化混凝技術(shù)為基礎(chǔ),考察不同條件下新生態(tài)鐵錳和新生態(tài)錳對(duì)痕量汞的去除效能,利用傅里葉變換紅外光譜(FTIR)和X-射線光電子能譜(XPS)等多種手段探討其去除機(jī)理。本文研究了新生態(tài)鐵錳(KMn O4-Fe SO4)對(duì)水中痕量Hg(II)的去除,考察了混凝時(shí)間、Mn/Fe摩爾比、混凝劑投加量、p H值和溫度等實(shí)驗(yàn)條件的影響。實(shí)驗(yàn)中選用新生態(tài)鐵(H2O2-Fe SO4)、聚合氯化鋁PAC和三氯化鐵Fe Cl3作為對(duì)照混凝劑。結(jié)果表明,在較寬廣的投加量范圍內(nèi)、p H 6-8.5、溫度5℃-35℃,新生態(tài)鐵錳的汞去除率都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它三種混凝劑,這可能是因?yàn)樾律鷳B(tài)鐵錳具有較好的吸附和絮凝沉降作用,這樣就更好地形成Hg-Fe-Mn的吸附-絮凝-沉降體系,達(dá)到較好的除汞效能。實(shí)驗(yàn)過程中,Cl-與p H值影響汞的形態(tài),進(jìn)而影響汞的去除效率。FTIR表明新生態(tài)鐵錳表面含有羥基基團(tuán),可以作為活性吸附電位吸附污染物;XPS表明新生態(tài)鐵錳以穩(wěn)定的Mn O2或Mn OOH和Fe OOH的形態(tài)存在。同時(shí),XPS顯示新生態(tài)鐵錳強(qiáng)化混凝吸附汞后的沉淀物是Hg-Fe-Mn混合物,這就表示Hg確實(shí)能被吸附,從液相中轉(zhuǎn)移到了固相中。上述結(jié)果表明,新生態(tài)鐵錳的除汞機(jī)理可能是表面絡(luò)合-絮凝-沉淀作用。新生態(tài)鐵錳除汞過程中,新生態(tài)錳扮演著重要作用。故而本文單獨(dú)進(jìn)行新生態(tài)錳的除汞實(shí)驗(yàn),結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)單獨(dú)新生態(tài)Mn O2(KMn O4和Na2S2O3等摩爾比2.66)對(duì)汞的去除作用很弱,幾乎不到20%。這從另一個(gè)方面證實(shí)了新生態(tài)鐵錳作為一個(gè)整體非常重要。但是實(shí)驗(yàn)過程中,發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新現(xiàn)象,就是隨著Mn/Na2S2O3摩爾比的降低,即硫代硫酸鈉過量時(shí),汞去除率卻不斷增加。這可能是因?yàn)椴煌腗n/Na2S2O3摩爾比生成的新生態(tài)錳具有不同的性質(zhì),導(dǎo)致其汞去除能力也不一樣。因此,本文設(shè)計(jì)了一個(gè)新工藝新生態(tài)錳-PAC復(fù)合過程,通過串聯(lián)兩個(gè)步驟來考察新生態(tài)錳對(duì)痕量汞的去除。本工藝中,采用Mn/Na2S2O3摩爾比為1.5時(shí)原位生成的新生態(tài)錳。新生態(tài)錳-PAC復(fù)合過程對(duì)水中低濃度Hg(II)的去除,考察多種實(shí)驗(yàn)條件時(shí)間、Mn投加量、p H值和溫度等對(duì)汞去除率的影響。單因素實(shí)驗(yàn)過程中,延長時(shí)間、增加Mn投加量、降低p H值和升高溫度,都會(huì)提高汞去除率。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證以及對(duì)汞形態(tài)的分析,初步探討了新生態(tài)錳去除Hg(II)的原因,確定了新生態(tài)錳除汞的主要內(nèi)在因素,即S2O32-本身是影響新生態(tài)錳除汞的主要因素,而其它生成物質(zhì)及可能的生成物質(zhì)SO42-、SO32-、Mn2+等都不是主要因素。不同濃度的SO42-、PO43-、Si O42-和腐殖酸都能在一定程度上提高新生態(tài)錳的除汞效果。本文采用參數(shù)去除量,評(píng)價(jià)新生態(tài)錳-PAC復(fù)合過程除汞的能力。當(dāng)背景離子強(qiáng)度增加或者p H值降低時(shí),汞去除量逐漸增加。為了深入探討S2O32-對(duì)新生態(tài)錳除汞的影響途徑和機(jī)理,本文設(shè)計(jì)采用不同濃度的硫代硫酸鈉(以Na2S2O3/Mn摩爾比表示),考察S2O32-對(duì)單獨(dú)新生態(tài)Mn O2(KMn O4和Na2S2O3等摩爾比2.66)的除汞影響。實(shí)驗(yàn)過程中固定Mn投加量。實(shí)驗(yàn)研究了不同Na2S2O3/Mn的摩爾比下,Mn投加量、時(shí)間、p H值和離子強(qiáng)度對(duì)新生態(tài)Mn O2除汞的影響。結(jié)果表明,總體上,Na2S2O3/Mn的摩爾比增加,汞去除率提高。硫代硫酸鈉還原性實(shí)驗(yàn)、新生態(tài)Mn O2表面zeta電位和顆粒聚集分析表明,Na2S2O3能還原Mn O2生成Mn2+,部分Mn2+能被吸附到新生態(tài)Mn O2表面,促進(jìn)顆粒聚集,降低混合溶液吸光度。宏觀上來說,汞去除率隨著吸光度的降低而升高。Na2S2O3與Hg的絡(luò)合分析表明,當(dāng)Na2S2O3存在時(shí),汞以[Hg(S2O3)2]2-絡(luò)合形態(tài)存在。由于表面絡(luò)合作用或靜電吸附作用,混合溶液中形成了≡S OMn [Hg(S2O3)2]2-三元絡(luò)合物或者M(jìn)n Ox O Mn2+[Hg(S2O3)2]2-聚集體。這就使液相中的汞更容易轉(zhuǎn)移到固相中,大大提高了新生態(tài)Mn O2對(duì)汞的去除能力。通過微觀方面的研究,FTIR和XPS結(jié)果表明,隨著Na2S2O3/Mn的摩爾比的增加,Hg和還原性S伴隨增加,進(jìn)一步明確了Hg是作為S-Hg絡(luò)合物被吸附到了新生態(tài)Mn O2表面。為了評(píng)價(jià)新生態(tài)鐵錳和新生態(tài)錳在實(shí)際工程中的應(yīng)用潛力,本文對(duì)其去除實(shí)際水體中的汞進(jìn)行研究。結(jié)果表明,新生態(tài)鐵錳和新生態(tài)錳-PAC對(duì)實(shí)際水中汞也具有很高的去除效率,并且硫代硫酸鈉對(duì)新生態(tài)鐵錳和新生態(tài)Mn O2除汞具有極大的促進(jìn)作用。優(yōu)化的條件下,汞殘留濃度低于1.0μg Hg/L,完全滿足生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)過程中殘留金屬離子和濁度都很低,滿足生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)限值。通過對(duì)新生態(tài)鐵錳和新生態(tài)錳-PAC復(fù)合過程在除汞效果、工藝、投加藥劑和能耗等方面的比較,表明這兩種方法各有優(yōu)劣,實(shí)際過程中的選用要進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。
[Abstract]:In this paper , the removal of Hg ( II ) in water is studied by means of Fourier transform infrared spectroscopy ( FTIR ) and X - ray photoelectron spectroscopy ( XPS ) . In this paper , the removal of Hg ( II ) by Mn / Na _ 2O _ 3 / Mn _ 2O _ 3 / Mn _ 2O _ 2 was studied . The results showed that the removal of Hg ( II ) by Mn / Na2S2O3 was not the main factor in the removal of Hg ( II ) . 姹炲幓闄ょ巼闅忕潃鍚稿厜搴︾殑闄嶄綆鑰屽崌楂，

本文編號(hào)：1368761