發(fā)布時間：2020-06-16 06:37

【摘要】： 本課題研究利用蒙脫石、凹凸棒石粘土礦物與工業(yè)廢料粉煤灰制備復合顆粒吸附材料用于處理電鍍工業(yè)廢水,開發(fā)出環(huán)境友好型礦物吸附材料,旨在解決電鍍工業(yè)廢水引起的重金屬污染,同時為粘土礦物與工業(yè)廢料粉煤灰的綜合利用開辟一條有效途徑,課題研究具有重要的理論意義和實際應用價值。 論文對蒙脫石／粉煤灰顆粒吸附材料的制備條件及其處理含Cu、Zn、Ni、Cr等多種重金屬離子電鍍工業(yè)廢水的吸附條件進行了系統(tǒng)的研究；運用XRD、SEM、DTA/TG、BET等測試分析手段對其進行了表征；研究了復合顆粒吸附材料對電鍍工業(yè)廢水中多種不同濃度重金屬離子的吸附／解吸規(guī)律；并探討了復合顆粒吸附材料去除廢水中重金屬離子的吸附動力學方程、吸附熱力學參數(shù)及等溫吸附作用機理。 主要研究成果如下： 1復合顆粒吸附劑的制備研究 (1)蒙脫石／粉煤灰復合顆粒吸附劑制備適宜工藝條件為：蒙脫石與粉煤灰的比例為6：4,焙燒溫度450℃,焙燒時間為0.5h,添加劑(工業(yè)淀粉)比例為蒙脫石／粉煤灰總質量的10%,顆粒直徑為1～2mm。在上述工藝條件下制備的復合顆粒用于吸附處理初始濃度為200mg／L的含Cu2+廢水,吸附率可達96.34%,且散失率小于1%。 (2)凹凸棒石／粉煤灰復合顆粒吸附劑制備適宜工藝條件為：凹凸棒石／粉煤灰混合比6：4,焙燒溫度400。C,硅酸鈉和淀粉添加比例分別為凹凸棒石／粉煤灰總質量的15%和10%。在上述工藝條件下制備的復合顆粒對初始濃度為50mg／L含Zn2+溶液的吸附率達94.23%,其散失率為4.33%。 2顆粒吸附材料的表征 (1)在適宜造粒條件下制得的蒙脫石／粉煤灰顆粒吸附材料的XRD圖譜分析表明蒙脫石／粉煤灰顆粒吸附材料焙燒前后其物相組成基本未發(fā)生變化；DTA／TG分析表明顆粒吸附材料焙燒前后其蒙脫石結構變化不大,主要是失去蒙脫石中的吸附水和層間水；SEM圖像分析顯示未焙燒的蒙脫石／粉煤灰顆粒吸附材料幾乎未見有顯氣孔,有極少量的空洞,而焙燒后的蒙脫石／粉煤灰顆粒微孔結構十分明顯,形狀規(guī)則,孔徑大小約20～5μm。該材料的物理性能測試表明：吸水率為31.80%,顯氣孔率為46.82%,體積密度為1.47 kg／m3,抗壓強度為5.28MPa,比表面積為10.28m2／g。 (2)在適宜造粒條件下制得的凹凸棒石／粉煤灰顆粒吸附材料的XRD圖譜分析表明焙燒前后物相組成基本未發(fā)生變化,說明顆粒焙燒并未改變其物相組成。DTA／TG分析表明凹凸棒石／粉煤灰顆粒吸附材料焙燒前后其凹凸棒石結構變化不大,主要是失去凹凸棒石中的吸附水和層間水；SEM圖像分析顯示未焙燒的凹凸棒石／粉煤灰顆粒吸附材料有極少量的空洞,而焙燒后的凹凸棒石／粉煤灰顆粒微孔結構較為明顯,形狀規(guī)則,孔徑大小約10-30μm。該材料的物理性能測試表明：吸水率為32.89%,顯氣孔率為54.77%,體積密度為1.11 kg／m3,抗壓強度為2.15 MPa,比表面積為17.01m2／g。 3復合顆粒吸附劑處理含單一重金屬離子廢水研究 正交試驗確定蒙脫石／粉煤灰顆粒吸附材料去除重金屬離子的優(yōu)化條件為：Cu2+、Zn2+、Ni2+、Cr6+初始濃度分別為100mg·L-1、25mg·L-1、20mg·L-1和10mg·L-1；吸附劑投加量分別為12g·L-1、20g·L-1、24g·L-1和20g·L-1；溶液pH值分別為6、7、7和3；反應時間均為80min。在優(yōu)化試驗條件下,吸附劑對Cu2+、Zn2+、Ni2+、Cr6+去除率分別為99.00%；、99.10%、98.90%和99.36%。 4復合顆粒材料處理電鍍工業(yè)廢水的研究 (1)蒙脫石／粉煤灰顆粒吸附材料去除電鍍工業(yè)廢水中重金屬的優(yōu)化條件為：顆粒吸附材料用量為50g／L,pH值為6.5,反應時間為80min。在優(yōu)化試驗條件下,Cu2+、Zn2+、Ni2+、Cr6+去除率分別為98.19%、98.07%、98.81%、99.06%,處理后的廢水中這些重金屬的殘留濃度均低于國家污水綜合排放標準(GB8978—1996)一級標準。 (2)凹凸棒石／粉煤灰顆粒吸附材料去除電鍍工業(yè)廢水中重金屬的優(yōu)化條件為：顆粒吸附劑投加量為70g／L,pH值為6.5,反應時間為80min。在優(yōu)化試驗條件下,Cu2+、Zn2+、Ni2+、Cr6+去除率分別為98.14%、87.79%、97.52%、97.58%,處理后的廢水中這些重金屬的殘留濃度均低于國家污水綜合排放標準(GB8978—1996)一級標準。 5顆粒吸附材料的再生與重復使用研究 在幾種不同解吸劑中,以1mol·L-1NaCl溶液對兩種顆粒吸附材料的解吸再生效果最好。顆粒吸附材料經(jīng)過六次再生和重復使用后,對廢水中重金屬離子的去除效果略有下降,且經(jīng)過六次再生和重復使用后的散失率均在10%左右,說明兩種顆粒吸附劑解吸再生后,重復使用效果均較好。 6顆粒吸附劑對重金屬離子的吸附作用機理探討 (1)蒙脫石／粉煤灰顆粒吸附材料對重金屬離子的吸附過程基本符合一級反應動力學方程Ct=C0·e-kt,說明液膜擴散為吸附過程的主控步驟。吸附熱力學研究表明,由吸附熱力學參數(shù)ΔH0,ΔS0可知,溫度升高不利于反應正向進行。ΔG0,表明Gibbs自由能的減少是顆粒吸附劑材料吸附的主要動力。蒙脫石／粉煤灰顆粒吸附劑的吸附等溫曲線符合Freundlich和Langmuir型兩種吸附等溫模型,其中與Langmuir型吸附等溫式相關性更好。 (2)蒙脫石與水中重金屬離子的吸附機理主要是離子交換吸附；凹凸棒石吸附重金屬離子主要以3種形式：表面氧合、微孔通道、凹凸棒石晶體結構中。粉煤灰對廢水中金屬離子的吸附作用可分為物理吸附、化學吸附和吸附-絮凝沉淀協(xié)同作用三種形式。 (3)顆粒材料吸附速度機理研究表明：吸附劑在流體中吸附物質的速度,可以分為外部擴散過程、孔隙擴散過程和吸附反應過程三種,其中以最慢的孔隙擴散階段起控制作用。
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：X703

【引證文獻】

相關碩士學位論文 前2條

1 孫麗麗;利用粉煤灰制備聚硅酸氯化鋁鐵[D];齊齊哈爾大學;2011年

2 曲玉超;改性火山渣陶粒去除廢水中Cu~(2+)/Ni~(2+)離子的研究[D];長春工業(yè)大學;2012年

本文編號：2715683