本文關(guān)鍵詞：鋁基氧化物吸附去除水中砷、氟效果和機(jī)制研究

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【摘要】：砷和氟存在于受污染的地下水中,長(zhǎng)期飲用含砷／氟飲用水會(huì)嚴(yán)重危害人體健康。因此,開(kāi)發(fā)高效的除砷降氟技術(shù)對(duì)于解決砷氟地方病安全飲水問(wèn)題有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。針對(duì)居住分散及小規(guī)模供水的地區(qū),吸附法較之其他處理方法有著明顯的優(yōu)勢(shì)。目前己報(bào)道的吸附研究側(cè)重于新型吸附材料的開(kāi)發(fā)、吸附性能評(píng)價(jià)和吸附機(jī)制解析,對(duì)于影響吸附性能的關(guān)鍵性表面結(jié)構(gòu)特性研究較少。本研究以介孔氧化鋁為研究對(duì)象,探討了影響AS(V)吸附性能的關(guān)鍵性表面結(jié)構(gòu)特性,及影響顆粒內(nèi)傳質(zhì)速率的關(guān)鍵因素。同時(shí)制備了磁性氧化鋁氣凝膠,考察了其除氟性能及機(jī)制。首先,合成出了三種不同結(jié)晶度及孔結(jié)構(gòu)特性的介孔氧化鋁,研究了影響其對(duì)除As(V)吸附容量的關(guān)鍵性表面結(jié)構(gòu)特性以及影響顆粒內(nèi)傳質(zhì)速率的關(guān)鍵因素。其中MA1和MA2呈現(xiàn)無(wú)定形結(jié)構(gòu),而MA3呈現(xiàn)晶形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。在三種介孔氧化鋁中MAl除砷吸附量最高,為175.7 mg/g。結(jié)果顯示介孔氧化鋁除砷吸附性能與其比表面積和孔結(jié)構(gòu)特性沒(méi)有明顯相關(guān)關(guān)系,而與對(duì)分布函數(shù)(PDF)得到的介孔氧化鋁的無(wú)定形度,選擇性溶解實(shí)驗(yàn)得到的無(wú)定形組分含量,表面滴定實(shí)驗(yàn)得到的Al-OH表面位密度,27Al NMR表征結(jié)果得到的A1-O配位環(huán)境(AlO4, AlO5)呈正相關(guān)關(guān)系。對(duì)于去除As(V)吸附量最高的MA1,進(jìn)一步考察了制備過(guò)程中的關(guān)鍵參數(shù)-煅燒溫度對(duì)吸附量的影響及其與樣品表面結(jié)構(gòu)特性的關(guān)系。研究結(jié)果顯示,隨著煅燒溫度升高,吸附容量降低,而樣品無(wú)定形程度降低,結(jié)晶度提高,無(wú)定形組分含量降低。As(V)在三種介孔氧化鋁顆粒中的吸附動(dòng)力學(xué)可用均向表面擴(kuò)散模型(HSDM)來(lái)描述。HSDM模型擬合結(jié)果顯示MA1顆粒內(nèi)表面擴(kuò)散系數(shù)DS為0.23×10-8cm2/s,大于0.22×10-8cm2/s (MA2)和0.18×10-8cm2/s (MA3)。采用HSDM模型進(jìn)一步考察了顆粒粒徑和真密度對(duì)As(V)顆粒內(nèi)傳質(zhì)速率的影響,結(jié)果顯示顆粒粒徑影響程度大于真密度,顆粒粒徑越小吸附傳質(zhì)速率越快。針對(duì)氟的去除,本研究制備了不同磁性組分含量的氧化鋁氣凝膠,并評(píng)價(jià)了其除氟性能,探究了除氟機(jī)制。研究結(jié)果表明磁性氧化鋁氣凝膠的除氟吸附容量、比表面積均隨著Fe/Al摩爾比而逐漸降低,其中磁性氧化鋁氣凝膠除氟最高吸附量為43.9mg/g。F在吸附劑顆粒內(nèi)的傳質(zhì)過(guò)程可用HSDM模型來(lái)描述。磁性氧化鋁氣凝膠吸附能力隨著pH值降低而升高。共存離子實(shí)驗(yàn)中除HC03-和P043-外,其他共存離子對(duì)磁性氧化鋁氣凝膠除氟影響效果小。磁性氧化鋁氣凝膠對(duì)模擬實(shí)際水樣中氟的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果得出,其在2 h內(nèi)將氟濃度降低到WHO標(biāo)準(zhǔn)(1.0 mg/L)和我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)(1.5 mg/L)以下,表明磁性氧化鋁氣凝膠在實(shí)際應(yīng)用中具有極大的潛力。物相檢索結(jié)果得出磁性氧化鋁氣凝膠中主要含有勃姆石(boehmite)和磁鐵礦(magnetite)。采用XPS和FTIR表征,進(jìn)一步解析了F-在磁性鋁氣凝膠表面的吸附,結(jié)果顯示勃姆石和磁鐵礦對(duì)于F-的吸附均有貢獻(xiàn),為化學(xué)吸附過(guò)程。磁性氧化鋁氣凝膠由于吸附性能強(qiáng),易于分離等優(yōu)點(diǎn)被作為一種除氟的理想磁性吸附材料。
【關(guān)鍵詞】：介孔氧化鋁 磁性氧化鋁氣凝膠 砷 氟 吸附
【學(xué)位授予單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU991.2;O647.3
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 1 緒論9-21
• 1.1 吸附去除水中砷、氟研究現(xiàn)狀9-10
• 1.2 新型吸附材料研究進(jìn)展10-14
• 1.2.1 介孔材料10-11
• 1.2.2 氣凝膠材料11-13
• 1.2.3 層狀氧化物材料13
• 1.2.4 其它吸附材料13-14
• 1.3 吸附劑表面結(jié)構(gòu)特性表征研究進(jìn)展14-18
• 1.3.1 吸附劑表面結(jié)構(gòu)特性常規(guī)表征技術(shù)14-15
• 1.3.2 近現(xiàn)代吸附劑結(jié)構(gòu)特性研究方法15-18
• 1.4 研究目的、意義及內(nèi)容18-21
• 1.4.1 問(wèn)題的提出18
• 1.4.2 研究目的及意義18-19
• 1.4.3 研究?jī)?nèi)容19-20
• 1.4.4 研究技術(shù)路線20-21
• 2 實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)方法21-31
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品和實(shí)驗(yàn)儀器21-22
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品21-22
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器22
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法22-31
• 2.2.1 介孔氧化鋁除砷吸附性能及機(jī)制實(shí)驗(yàn)研究22-26
• 2.2.2 氧化鋁氣凝膠除氟性能及表征實(shí)驗(yàn)研究26-31
• 3 介孔氧化鋁除砷吸附性能及機(jī)制31-55
• 3.1 介孔氧化鋁的結(jié)構(gòu)特征31-35
• 3.1.1 介孔氧化鋁結(jié)構(gòu)特性研究31-34
• 3.1.2 煅燒溫度對(duì)介孔氧化結(jié)構(gòu)特性的影響分析34-35
• 3.2 介孔氧化鋁除As(Ⅴ)吸附性能評(píng)價(jià)35-46
• 3.2.1 介孔氧化鋁與其他吸附劑吸附性能的比較35-36
• 3.2.2 介孔氧化鋁除As(Ⅴ)等溫線36-38
• 3.2.3 介孔氧化鋁除As(Ⅴ)動(dòng)力學(xué)38-43
• 3.2.4 溶液pH對(duì)三種介孔氧化鋁吸附As(Ⅴ)性能的影響43-44
• 3.2.5 介孔氧化鋁對(duì)模擬實(shí)際水樣中砷的去除效果評(píng)價(jià)44-45
• 3.2.6 煅燒溫度對(duì)介孔氧化鋁吸附性能的研究45-46
• 3.3 介孔氧化鋁表面結(jié)構(gòu)特性與除As(Ⅴ)性能之間構(gòu)效關(guān)系研究46-52
• 3.3.1 介孔氧化鋁內(nèi)無(wú)定形度對(duì)除As(Ⅴ)吸附效果的影響46-48
• 3.3.2 介孔氧化鋁無(wú)定形組分含量吸附性能的影響48-51
• 3.3.3 介孔氧化鋁Al-O配位環(huán)境對(duì)除As(Ⅴ)吸附效果的影響51-52
• 3.3.4 介孔氧化鋁羥基位密度對(duì)除As(Ⅴ)吸附效果的影響52
• 3.4 介孔氧化鋁除As(Ⅴ)前后光能譜表征分析52-54
• 3.4.1 介孔氧化鋁除As(Ⅴ)前后FITR表征分析52-53
• 3.4.2 介孔氧化鋁除As(Ⅴ)前后XPS表征分析53-54
• 3.5 本章小結(jié)54-55
• 4 磁性氧化鋁氣凝膠除氟性能及機(jī)制研究55-67
• 4.1 磁性氧化鋁氣凝膠的結(jié)構(gòu)特性研究55-58
• 4.1.1 磁性氧化鋁氣凝膠XRD分析55
• 4.1.2 磁性氧化鋁氣凝膠TEM分析55-56
• 4.1.3 磁性氧化鋁氣凝膠的磁特性分析56-57
• 4.1.4 磁性氧化鋁氣凝膠TG-DSC分析57-58
• 4.2 磁性氧化鋁氣凝膠除氟吸附性能分析58-63
• 4.2.1 初始濃度對(duì)磁性氧化鋁氣凝膠除氟吸附性能的影響58-59
• 4.2.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)磁性氧化鋁氣凝膠除氟吸附性能的影響59-61
• 4.2.3 溶液pH對(duì)磁性氧化鋁氣凝膠除氟效果的影響61-62
• 4.2.4 共存離子對(duì)磁性氧化鋁氣凝膠除氟吸附性能的影響62-63
• 4.2.5 磁性氧化鋁氣凝膠對(duì)模擬實(shí)際水樣中的氟去除效果分析63
• 4.3 磁性氧化鋁氣凝膠吸附氟前后光能譜特性研究63-65
• 4.3.1 磁性氧化鋁氣凝膠吸附氟前后FTIR表征分析63-64
• 4.3.2 磁性氧化鋁氣凝膠吸附氟前后XPS表征分析64-65
• 4.4 本章小結(jié)65-67
• 5 總結(jié)與建議67-69
• 5.1 結(jié)論67
• 5.2 建議67-69
• 參考文獻(xiàn)69-75
• 個(gè)人簡(jiǎn)介75-77
• 導(dǎo)師簡(jiǎn)介77-79
• 致謝79-81
• 附錄81-105

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1 本報(bào)記者 潘未末;年創(chuàng)產(chǎn)值20億 氣凝膠蘊(yùn)含驚人商機(jī)[N];深圳特區(qū)報(bào);2009年

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4 宏文;二氧化硅氣凝膠有望產(chǎn)業(yè)化[N];中國(guó)建材報(bào);2013年

5 戚翔;世界最輕固體將改變世界[N];工人日?qǐng)?bào);2007年

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2 何松;二氧化硅氣凝膠及其復(fù)合材料制備與吸附應(yīng)用研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

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4 趙忠強(qiáng);氧化物氣凝膠的制備、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究[D];山東大學(xué);2008年

5 徐海s

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