【摘要】： 載體誘導(dǎo)沉淀結(jié)晶技術(shù)的特點是在沉淀反應(yīng)體系中人為地加入大量合適的誘晶載體粒子，使沉淀反應(yīng)加速，并使沉淀物隨誘晶載體粒子一起沉降，從而使化學(xué)沉淀工藝時間大大縮短。文獻表明，該技術(shù)在國內(nèi)研究報道很少，國外研究主要關(guān)心去除對象的脫除情況，而缺少理論研究。為此，本文較系統(tǒng)地研究了石英砂誘導(dǎo)CaCO_3沉淀反應(yīng)動力學(xué)、熱力學(xué)及其誘導(dǎo)機理，石英砂誘導(dǎo)沉淀結(jié)晶軟化水，石英砂誘導(dǎo)CaF_2沉淀結(jié)晶脫氟及其誘導(dǎo)機理。 在攪拌反應(yīng)器中研究了沉淀劑Na_2CO_3加入量、石英砂粒子加入量、攪拌強度、溫度對石英砂誘導(dǎo)CaCO_3沉淀反應(yīng)的影響。通過測定反應(yīng)過程中的Ca~(2+)濃度、pH值，并根據(jù)相關(guān)平衡關(guān)系計算相應(yīng)的CO_3~(2-)濃度。首次得到石英砂誘導(dǎo)CaCO_3沉淀反應(yīng)動力學(xué)方程：r=k′ S[Ca~(2+)][CO_3~2]+b；石英砂粒子濃度約250g／L時、無石英砂粒子時，CaCO_3沉淀反應(yīng)活化能分別為14.07KJ／mol、31.74KJ／mol。說明石英砂在反應(yīng)動力學(xué)上誘導(dǎo)CaCO_3沉淀反應(yīng)。 在攪拌反應(yīng)器中研究了有無石英砂粒子時CaCO_3沉淀反應(yīng)的誘導(dǎo)時間、啟動過飽和度和剩余過飽和度。通過測定沉淀劑Na2CO_3加入后體系中Ca~(2+)濃度的變化確定誘導(dǎo)時間。根據(jù)誘導(dǎo)時間與沉淀劑加入量的線性擬合方程得到誘導(dǎo)時間為零時的沉淀劑加入量即反應(yīng)啟動需要的沉淀劑加入量。沉淀體系中Ca~(2+)濃度穩(wěn)定時認為沉淀反應(yīng)結(jié)束。分別測定上述兩種情況下體系中的相關(guān)參數(shù)，計算得到CaCO_3沉淀反應(yīng)的啟動過飽和度和剩余過飽和度。在25℃時，與無石英砂粒子時相比，濃度約100g／L的石英砂粒子使CaCO_3沉淀反應(yīng)的誘導(dǎo)時間縮短5-6min；濃度約100g／L的石英砂粒子使啟動過飽和指數(shù)從1.6降到1.44；濃度約74g／L、250g／L的石英砂粒子分別使剩余過飽和指數(shù)從0.421降到0.398、0.371。說明石英砂在反應(yīng)熱力學(xué)上誘導(dǎo)CaCO_3沉淀反應(yīng)；石英砂粒子濃度越大，反應(yīng)結(jié)束時體系越穩(wěn)定。 通過電泳、紅外光譜測定和化學(xué)分析研究了誘導(dǎo)沉淀反應(yīng)中石英砂粒子的表面荷電特性、表面特征基團及對Ca~(2+)、F~-的吸附情況。發(fā)現(xiàn)石英砂粒子的表面特征基團為羥基；石英砂粒子對Ca~(2+)、F~-有吸附作用，且隨體系pH值增大，對Ca~(2+)的吸附能力增強；在石英砂誘導(dǎo)CaCO_3沉淀反應(yīng)中，石英砂粒子表面荷負電；在石英砂誘導(dǎo)CaF_2沉淀反應(yīng)中，石英砂粒子表面荷正電。結(jié)合表面絡(luò)合吸附模式及沉淀體系的酸堿性，得出在石英砂誘導(dǎo)CaCO_3、CaF_2沉淀反應(yīng)中，石 西安建筑科技大學(xué)博士學(xué)位論文 英砂粒子的主要表面荷電形式分別為:二XO一、二XOCa+，進而提出石英砂粒子表面的雙電層 結(jié)構(gòu)分別為:{2m〔二xo一〕·(m一x)C尹}2x-xG尹、{m〔三x0Ca+〕·(m一x)F一} x+xF一。由上述雙電層結(jié)構(gòu)可見，表面雙電層中至少含有一種沉淀物的構(gòu)成離子時固體粒子才能 誘導(dǎo)沉淀反應(yīng)。 通過對比攪拌懸浮態(tài)和流化態(tài)石英砂體系中軟化、脫氟穩(wěn)定需要的水力停留時間和出水濁 度，分析了石英砂粒子懸浮方式對軟化速度、脫氟速度和軟化沉淀物、脫氟沉淀物在石英砂上 粘附的影響。攪拌懸浮態(tài)石英砂粒子濃度為8%(V/V);流化態(tài)石英砂粒子濃度為52.7%(vN)。 在攪拌懸浮態(tài)石英砂體系中軟化水時，軟化穩(wěn)定需要的水力停留時間為10rllixl，且反應(yīng)結(jié)束時 體系濁度增加很大;在流化態(tài)石英砂體系中軟化水時，軟化穩(wěn)定需要的水力停留時間為:簇 0.47 Ilnin，且進出水蝕度不變;在攪拌懸浮態(tài)石英砂體系中脫氟時，脫氟穩(wěn)定需要的水力停留 時間為4min，且反應(yīng)結(jié)束時體系濁度增加很大;在流化態(tài)石英砂體系中脫氟時，脫氟穩(wěn)定需要 的水力停留時間為:簇0.377n血，且進出水濁度不變。說明在流化態(tài)石英砂體系中的軟化速度、 脫氟速度較大，且軟化沉淀物、脫氟沉淀物均粘附在流化態(tài)石英砂粒子上;流化床反應(yīng)器比攪 拌反應(yīng)器更適于石英砂誘導(dǎo)沉淀結(jié)晶軟化水及脫氟。 在流化態(tài)石英砂誘導(dǎo)沉淀結(jié)晶軟化水連續(xù)試驗中，連續(xù)試驗時間為40h，進水參數(shù)為: Ca2+1.貨劉mo比、總硬度2.36nuno比、堿度248mmo比、s時一1 .29nnno比、PH7.sl、濁度3井 度。在連續(xù)試驗過程中，出水濁度、軟化穩(wěn)定需要的水力停留時間分別為2一5度、(0.471 mill; 在出水中caZ+濃度剛穩(wěn)定時，出水中caZ十濃度和總硬度分別為:0.43 nunoVL、0.86~OFL: 在連續(xù)試驗5h后，出水中c之濃度和總硬度分別為0. lllYUno比、0.55n加幻比;顯微圖像顯示， 沉淀物容易粘附在石英砂粒子表面粗糙之處;%.46%(側(cè)w)的沉淀物為C翻C偽.說明流化態(tài) 石英砂誘導(dǎo)沉淀結(jié)晶能夠連續(xù)穩(wěn)定地軟化水:搜蓋CaC伍的石英砂粒子對C副C偽沉淀反應(yīng)的 誘導(dǎo)能力大于石英砂粒子本身的誘導(dǎo)自幼;在軟化水中使用表面粗糙的石英砂粒子利于沉淀物 的粘附。 在流化態(tài)石英砂誘導(dǎo)沉淀結(jié)晶脫氟中，對Fee79.sm泌、蝕度為1度的酉己水，脫氟穩(wěn)定需要 的水力停留時間為:簇0.377min;出水濁度為l度;出水中F一濃度可達4.33m叭，該濃度達到 了污水綜合排放標準(。B名卯8-88)10In叭的要求.說明石英砂誘導(dǎo)沉淀結(jié)晶可用于工業(yè)廢水 脫氟。
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2004
【分類號】：X703

【引證文獻】

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本文編號：2761905