【摘要】：隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展,世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,環(huán)境污染問題越來越多的被政府和民眾所關(guān)注。根據(jù)污染源形態(tài)的不同劃分為大氣污染、土地污染和水資源污染,這些環(huán)境污染都直接對人們的身體健康造成嚴(yán)重的傷害,并將繼續(xù)危害著人類的生存和發(fā)展。鑒于環(huán)境及資源條件的日趨惡化,我國在 十二五‖規(guī)劃和 十三五‖規(guī)劃中提出加大環(huán)保和控制力度,優(yōu)化資源循環(huán)經(jīng)濟(jì)的工作指導(dǎo)方針。自2010年以來,我國基礎(chǔ)建設(shè)減少,而鋼鐵行業(yè)蓬勃發(fā)展,高爐渣的排放量基本保持不變。目前,高爐渣目前主要應(yīng)用于混凝土,其它方面的利用開發(fā)仍處于實(shí)驗(yàn)階段,市場形勢導(dǎo)致高爐渣問題嚴(yán)峻。如何綠色利用和高爐渣高附加值產(chǎn)品加工必將成為企業(yè)和社會關(guān)注的重大問題。本論文針對目前水淬高爐渣的過剩堆積而造成的環(huán)境污染問題,提出了新的工業(yè)固廢資源化研究方向。利用水淬高爐渣(blast furnace slag,BFS)為原料合成兩種材料,其中一種材料(blast furnace slag acidizing solid,BFSAS)具有質(zhì)輕、多孔、比表面積大等特點(diǎn);另一種材料(blast furnace slag acid-alkali precipitation,BFSAP)是一種復(fù)合型材料,具有質(zhì)地輕脆的特點(diǎn)。通過場發(fā)射掃描電鏡、X射線粉晶衍射、X射線熒光光譜分析、傅里葉紅外光譜儀等分析方法對這兩種材料進(jìn)行了表征,指出BFSAS為無定型水合二氧化硅,BFSAP為一種復(fù)合型類水滑石,以鎂鋁兩種元素為主。探討了以BFS、BFSAS和BFSAP等三種材料分別在甲基橙模擬印染廢水處理和城市污水廠惡臭氣體處理等兩個環(huán)境治理領(lǐng)域的應(yīng)用。在甲基橙模擬印染廢水處理中,探究了材料投加量、反應(yīng)溫度、pH和染料初始濃度等因素對甲基橙去除率的影響和其它陰離子對甲基橙的競爭吸附影響。在城市污水廠惡臭氣體處理中,考察了三種材料對惡臭氣體中VOCs的去除效果,利用傅里葉紅外光譜儀數(shù)據(jù)分析了三種材料去除VOCs的反應(yīng)機(jī)理。本論文得到以下主要結(jié)論:(1)本研究所用水淬高爐渣主要成分是SiO2、Al2O3、Fe、MgO、CaO,并且含有少量的重金屬,如Mn O和TiO2等,其外貌特征蓬松多孔,質(zhì)地酥脆,呈微黃色,表面有黑色的雜質(zhì)。經(jīng)過處理后,獲得了不同化學(xué)成分的BFSAS和BFSAP。其中,BFSAS為無定型水合二氧化硅;BFSAP主要成分為Mg6Al2(OH)16Cl·4H2O。根據(jù)SEM照片可知,高爐渣表面光滑,顆粒形狀不一,比表面積0.40m2/g;BFSAS明顯的海綿狀蓬松外觀和微小空隙,比表面積達(dá)到245m2/g;而BFSAP呈明顯的片層狀結(jié)構(gòu),其比表面積只有3.46 m2/g。(2)以BFSAS為吸附材料處理甲基橙模擬廢水,分析了BFSAS的投加量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間和廢水pH等四種因素對BFSAS處理甲基橙廢水效果的影響,得到BFSAS處理甲基橙溶液的最佳條件(BFSAS的最佳投加量為0.1g,最佳反應(yīng)溫度為15℃,最佳反應(yīng)時間為25min,最佳pH=5.0~7.0),BFSAS對甲基橙的最大吸附量為91mg/g。運(yùn)用偽一級動力學(xué)模型和偽二級動力學(xué)模型對不同條件下的去除實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,擬合結(jié)果符合偽二級動力學(xué)模型特征。運(yùn)用Langmuir吸附等溫線和Freundlich吸附等溫線擬合可知,BFSAP的吸附主要發(fā)生在單層吸附。(3)以BFSAP為吸附材料處理甲基橙模擬廢水,分析了BFSAP的投加量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間和廢水pH等四種因素對BFSAP處理甲基橙廢水效果的影響,得到BFSAP處理甲基橙溶液的最佳條件(BFSAP最佳投加量為0.1g,最佳反應(yīng)溫度為25℃,最佳反應(yīng)時間為25min,最佳pH=11~13),BFSAP對甲基橙的最大吸附量為167mg/g。根據(jù)擬合結(jié)果可知,吸附過程符合偽二級動力學(xué)模型特征。根據(jù)Langmuir吸附等溫線和Freundlich吸附等溫線擬合可知,BFSAP的吸附主要發(fā)生在單層吸附。(4)通過其它陰離子干擾實(shí)驗(yàn),硫酸鹽和磷酸鹽有利于BFSAP-MO脫附甲基橙,使得甲基橙的提純回收和BFSAP再生。(5)根據(jù)有機(jī)揮發(fā)物的特征,本實(shí)驗(yàn)中獲得的VOCs可分為苯系物、鹵代苯和鹵代烴等三大類。BFSMP對苯類和鹵代苯類VOCs的吸附去除能力最佳,可達(dá)到100%;而對于鹵代烴類VOCs的去除效果稍弱;對少數(shù)的VOCs,BFSMP對其的去除率在10min內(nèi)達(dá)到100%。BFSAS對氯苯、1,2,3-三氯丙烷、1,2,4-三氯苯和4-異丙甲苯的去除效果達(dá)到97%~100%,相比較于BFSMP和BFSAS兩種材料來說,BFSAP對VOCs的去除性能較弱。VOCs中的苯系物、鹵代苯和鹵代烴等31種有機(jī)氣體物質(zhì),相互之間必然存在吸附競爭現(xiàn)象,從而導(dǎo)致改性吸附材料在對單項(xiàng)有機(jī)氣體的吸附率和多項(xiàng)有機(jī)氣體的吸附率之間存在著很大的差異。由于吸附材料里同樣含有不同種類、不同含量的金屬離子,這些金屬離子能夠與有機(jī)氣體之間發(fā)生絡(luò)合作用。以上研究結(jié)果表明,利用水淬高爐渣制備高效吸附劑應(yīng)用于環(huán)境污染控制中,既能充分發(fā)揮工業(yè)固廢資源化利用,又可以在印染廢水處理和城市污水廠惡臭氣體控制中得到應(yīng)用,完全符合 以廢治廢‖的政策指導(dǎo)方針,具有良好的發(fā)展前景,有進(jìn)一步拓展應(yīng)用方向的研究價值。
【圖文】：

圖 1.3 高爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)及各區(qū)域溫度從爐底排出的熔融高爐渣通常經(jīng)過水冷和空冷兩種處理方式，得到水淬高爐渣和空冷高爐渣，其結(jié)構(gòu)特征分別為非晶質(zhì)玻璃體和結(jié)晶質(zhì)，然而兩種高爐渣的化學(xué)成分相同。水淬高爐渣是對熔融高爐渣噴進(jìn)行高壓水或水渣池急冷,導(dǎo)致其內(nèi)部急劇的粘性上升,形成原子無序排列的玻璃體結(jié)構(gòu)。然而，水淬高爐渣在結(jié)構(gòu)上和化學(xué)性質(zhì)上很不穩(wěn)定,在接觸水體后水淬高爐渣中的 CaO、MgO 等堿性金屬氧化物就溶出,從而刺激生成水合物而硬化,這種現(xiàn)象稱之為潛在水硬性。因此，水淬高爐渣具有較強(qiáng)的潛在水硬性,粉碎后使得渣中的堿性金屬氧化物更加容易溶出，，這種特性就會趨于加強(qiáng)。由于水淬冷卻和空冷兩種工藝的建設(shè)成本、運(yùn)行成本、占地面積以及工藝流程等方面的差異，中國每年有 75%以上的鋼鐵企業(yè)的高爐渣冷卻處理采取了水淬冷卻技術(shù)。水淬冷卻工藝具有操作簡單、占地面積小、低成本和節(jié)約時間等優(yōu)點(diǎn)。在 2014 年，全國每年的粗鐵產(chǎn)量為 7.12 億噸，根據(jù)生產(chǎn)單位的經(jīng)驗(yàn)值計(jì)算，每噸粗鐵伴隨著 400kg 的高爐渣產(chǎn)生，因此每年的高爐渣產(chǎn)量為 2.85 億噸。大量的高爐渣不僅需要大片的場地貯存，需要花費(fèi)大額的管理費(fèi)，而且對周邊造成了環(huán)境污染，包括水體和空氣。隨著全球鋼鐵產(chǎn)量的激增，大量

圖 2.2 三種材料的外觀特征圖（BFS（a）、BFSAS（b）、BFSAP（c））X 射線熒光光譜于高爐渣原料的復(fù)雜性、多樣性和高爐冶煉的工藝特點(diǎn)，決定了高分為 SiO2，并且水淬處理導(dǎo)致 SiO2和其它金屬元素混合物的非晶態(tài)對水淬高爐渣改性前后的具體化學(xué)成分進(jìn)行了分析。表 2.3 列出了
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X70;TQ424

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張乃東;張曼霞;孫冰;;硫酸根自由基處理水中甲基橙的初步研究[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2006年04期

2 田龍;邵承斌;胡玲玲;;單掃描示波極譜法測定廢水中鉻和甲基橙[J];重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2007年03期

3 金丹萍;孫海波;薛建軍;曹志斌;;氯化物介質(zhì)中甲基橙的電降解行為研究[J];水處理技術(shù);2008年03期

4 顧微;黃潔;;超聲波對甲基橙的降解性能研究[J];廣東化工;2009年07期

5 儲金宇;樊迪;;自由基降解甲基橙溶液試驗(yàn)[J];江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年04期

6 梁山景;程建萍;陳長琦;;功率超聲處理甲基橙廢水的實(shí)驗(yàn)研究[J];合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年10期

7 王玲;王宇;王紅霞;;Au/Fe_3O_4-H_2O_2體系降解甲基橙[J];哈爾濱師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào);2012年05期

8 馮國隨;;氯化氫中游離氯的測定——以溴化鉀甲基橙的酸性溶液作氯化氫的吸收液[J];氯堿工業(yè);1989年02期

9 陳楚良;沈東;殷芬;;甲基橙簡易法測定水中的余氯[J];上海環(huán)境科學(xué);1990年01期

10 黃雅玲;周羚;羅雙;曾志文;喻鵬;;秸稈模板法制備多孔納米二氧化鈦及降解甲基橙研究[J];河南化工;2013年17期

相關(guān)會議論文 前10條

1 段麗杰;張道斌;張銘;周晶;張朝漾;張暉;;超聲強(qiáng)化臭氧氧化甲基橙的脫色研究[A];第二屆全國環(huán)境化學(xué)學(xué)術(shù)報(bào)告會論文集[C];2004年

2 孫海波;薛建軍;童鵬;;甲基橙超聲催化降解的試驗(yàn)研究[A];2006年全國功能材料學(xué)術(shù)年會專輯[C];2006年

3 陳天文;鄭遠(yuǎn)輝;陳國南;;液相色譜-離子阱質(zhì)譜分析甲基橙及其降解產(chǎn)物[A];中國化學(xué)會第十四屆有機(jī)分析及生物分析學(xué)術(shù)研討會會議論文摘要集[C];2007年

4 史海輝;李旦振;何運(yùn)慧;葉冬;李文娟;付賢智;;多孔硅在無光照和堿性條件下對甲基橙脫色及其反應(yīng)機(jī)理[A];第五屆全國環(huán)境催化與環(huán)境材料學(xué)術(shù)會議論文集[C];2007年

5 李元豪;沈翔;;氮摻雜納米二氧化鈦光催化降解甲基橙染料廢水[A];2010中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集(第三卷)[C];2010年

6 李繼森;徐秀峰;潘燕飛;管仁貴;索掌懷;;雙陽離子表面活性劑交聯(lián)蒙脫土對甲基橙的吸附研究[A];第十三屆全國催化學(xué)術(shù)會議論文集[C];2006年

7 隋吳彬;鄭經(jīng)堂;;大孔炭負(fù)載二氧化鈦復(fù)合催化劑降解甲基橙性能研究[A];2011中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集（第一卷）[C];2011年

8 周惠;楊麗珍;;過渡金屬離子摻雜對納米二氧化鈦降解甲基橙的影響[A];第六屆全國環(huán)境催化與環(huán)境材料學(xué)術(shù)會議論文集[C];2009年

9 暴雅嫻;華兆哲;陳堅(jiān);鄒路易;;Fenton氧化法處理含甲基橙染料模擬廢水的條件研究[A];中國環(huán)境保護(hù)優(yōu)秀論文集（2005）（上冊）[C];2005年

10 何寧;莊惠生;;同多酸鹽Na_4W_(10)O_(32)光催化降解模擬甲基橙染料廢水的研究[A];第三屆全國環(huán)境化學(xué)學(xué)術(shù)大會論文集[C];2005年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 唐詩全 杜劍橋;攀鋼高爐渣提鈦產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)初獲突破[N];中國建材報(bào);2007年

2 樊雄;高爐渣里煉出產(chǎn)業(yè)“金鏈條”[N];中國經(jīng)濟(jì)導(dǎo)報(bào);2007年

3 唐詩全　杜劍橋;攀鋼高爐渣提鈦產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)研究獲突破[N];中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào);2007年

4 周軍 葉攀;環(huán)業(yè)公司有效消納攀鋼高爐渣[N];經(jīng)理日報(bào);2006年

5 記者 陳昌成;攀鋼高爐渣提鈦項(xiàng)目通過論證[N];中國企業(yè)報(bào);2007年

6 記者 周軍;攀鋼強(qiáng)攻高爐渣提鈦難關(guān)[N];中國冶金報(bào);2007年

7 記者 謝玉先 周軍 通訊員 葉攀;攀鋼高爐渣3年創(chuàng)效數(shù)百萬[N];中國冶金報(bào);2004年

8 記者 陳強(qiáng) 通訊員 陳濤;太鋼開創(chuàng)高爐渣利用新途徑[N];中國冶金報(bào);2014年

9 首席記者 崔曉農(nóng);太鋼開拓高爐渣利用新途徑[N];山西經(jīng)濟(jì)日報(bào);2014年

10 本版編輯 記者 周軍 通訊員 葉攀 汪澤華;攀鋼高爐渣成為循環(huán)經(jīng)濟(jì)的亮點(diǎn)[N];中國冶金報(bào);2006年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 高宏宇;利用水淬高爐渣制備吸附劑及其在環(huán)境污染控制中的應(yīng)用[D];中國地質(zhì)大學(xué);2017年

2 劉作華;微波促進(jìn)含鉻礦物催化氧化甲基橙的研究[D];重慶大學(xué);2005年

3 李朋;高爐渣余熱回收及碳資源協(xié)同減排應(yīng)用基礎(chǔ)研究[D];東北大學(xué);2013年

4 張明博;低鈦高爐渣資源化利用研究[D];北京科技大學(xué);2017年

5 張明博;低鈦高爐渣資源化利用研究[D];鋼鐵研究總院;2017年

6 李大綱;高爐渣中有價組分選擇性析出與解離[D];東北大學(xué);2005年

7 彭新晶;稀土摻雜氧化鉍可見光響應(yīng)催化劑制備及性能研究[D];吉林大學(xué);2013年

8 鞏建英;輝光放電等離子體技術(shù)處理難降解有機(jī)污染物及機(jī)理研究[D];上海交通大學(xué);2008年

9 孫旭輝;可見光響應(yīng)光催化劑Bi_（20）TiO_（32）的制備及分解水中有機(jī)物效能與機(jī)理[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

10 任玉森;鋼鐵行業(yè)固體廢棄物農(nóng)業(yè)利用基礎(chǔ)技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王昭新;殼聚糖胍鹽的制備及其在水處理中的應(yīng)用[D];華南理工大學(xué);2015年

2 張海洋;過渡金屬摻雜氧化鋅的制備及光催化降解性能[D];南京林業(yè)大學(xué);2015年

3 姜雙雙;磁性活性炭納米復(fù)合材料的制備及其性能研究[D];內(nèi)蒙古師范大學(xué);2015年

4 鄒帥;CdS和TiO_2半導(dǎo)體光催化材料的改性及其光催化性能研究[D];湖南師范大學(xué);2015年

5 趙祥;SnIn_4S_8的制備和負(fù)載及其光催化降解甲基橙的研究[D];南昌航空大學(xué);2015年

6 莊敏;TiO_2納米晶及其復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備與表征[D];浙江工業(yè)大學(xué);2015年

7 師淑婷;水力空化聯(lián)合二氧化氯降解甲基橙研究[D];中北大學(xué);2016年

8 宋萌;低溫等離子體處理甲基橙染料廢水試驗(yàn)研究[D];河北工程大學(xué);2016年

9 李賀;氮摻雜多孔炭材料的制備及其在甲基橙吸附和酯交換反應(yīng)中的應(yīng)用[D];吉林大學(xué);2016年

10 高曉春;改性g-C_3N_4的制備及其光降解甲基橙性能的研究[D];山東大學(xué);2016年

本文編號：2627373