【摘要】：重金屬污染事故頻發(fā)，使其成為全社會(huì)持續(xù)高度關(guān)注的環(huán)境熱點(diǎn)問(wèn)題之一。吸附法具有投資少、操作簡(jiǎn)單、選擇性好、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)，是中低濃度重金屬?gòu)U水處理的常用方法。但在高鹽廢水中，吸附過(guò)程往往受到共存干擾離子的影響，傳統(tǒng)吸附劑的吸附容量較低。針對(duì)這一矛盾，本論文開(kāi)展磷酸氫錫系列無(wú)機(jī)新型高效吸附材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用研究。關(guān)于磷酸氫錫吸附特性及機(jī)理研究，目前開(kāi)展的很少。關(guān)于磷酸氫錫的固定化理論及應(yīng)用等方面的研究也未見(jiàn)報(bào)道。 本論文以模擬水熱合成法和液相沉淀法分別合成得到晶體磷酸氫錫、無(wú)定形磷酸氫錫，采用平衡吸附法分別研究了單離子、雙離子和三離子體系中對(duì)水溶液中Pb(II)、Cu(II)和Zn(II)的吸附性能，考察了高鹽介質(zhì)對(duì)吸附性能的影響，綜合運(yùn)用XRD、SEM、TEM、FT-IR、TG、比表面積和孔隙率測(cè)定、電位滴定等技術(shù)手段研究了兩種材料的結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)特征，揭示了磷酸氫錫材料吸附重金屬離子的機(jī)理。另分別采用三種主要成分均為SiO_2的材料負(fù)載無(wú)定形磷酸氫錫，考察了這些固定化材料在模擬海水中的吸附性能。取得了以下主要結(jié)果： 晶體磷酸氫錫和無(wú)定形磷酸氫錫對(duì)三種離子的選擇性吸附順序?yàn)镻b(II)Cu(II)Zn(II)，這主要與金屬離子的水化熱有關(guān)。通過(guò)FT-IR、XRD、電位滴定分析，結(jié)合熱力學(xué)參數(shù)計(jì)算，揭示了吸附機(jī)理為化學(xué)吸附，主要是磷酸氫錫中的H+與重金屬離子進(jìn)行離子交換。由于無(wú)定形磷酸氫錫的比表面積大，是晶體磷酸氫錫的5.13倍，而且氫原子不受相鄰層間原子之間的作用力、自由度較大，因而無(wú)定形磷酸氫錫的吸附性能顯著優(yōu)于晶體磷酸氫錫。 硅藻土中無(wú)定形磷酸氫錫的負(fù)載量為170mg/g，負(fù)載后的總孔容與比表面積均大大下降。吸附Pb(II)、Cu(II)和Zn(II)的等溫吸附數(shù)據(jù)符合Freundlich模型，吸附Pb(II)時(shí)孔內(nèi)擴(kuò)散是速控步驟，吸附Cu(II)和Zn(II)時(shí)由液膜擴(kuò)散和孔內(nèi)擴(kuò)散共同控制。在接近海水濃度的0.6mol/L NaCl溶液中，Pb(II)、Cu(II)和Zn(II)的吸附量分別達(dá)到13.9mg/g、3.95mg/g和3.74mg/g(初始濃度50mg/L,50mL)，且吸附后的材料可以用0.5mol/L的HCl溶液再生，表明該材料具有去除高鹽介質(zhì)中重金屬離子的潛能。 粗孔微球硅膠中無(wú)定形磷酸氫錫的負(fù)載量為92.6mg/g，負(fù)載后材料的孔徑以中孔為主，比表面積急劇下降，只有1.163m~2/g。材料用量為2.0g (對(duì)應(yīng)高度5.3cm)時(shí)吸附50mg/L的Pb(II)、Cu(II)和Zn(II)溶液，穿透時(shí)間分別達(dá)到30.55h、6.17h、4.9h，對(duì)應(yīng)吸附量分別為10.4mg/g，2.88mg/g和2.47mg/g。 溶膠-凝膠法原位合成的SiO_2負(fù)載無(wú)定形磷酸氫錫材料孔隙率高，孔徑分布窄(主要集中在2-10nm范圍)，比表面積達(dá)到513m~2/g，無(wú)定形磷酸氫錫在SiO_2網(wǎng)絡(luò)上負(fù)載均勻，負(fù)載量為96.4mg/g。在淡水介質(zhì)中，對(duì)Pb(II)、Cu(II)和Zn(II)的飽和吸附量分別為30.02mg/g、27.59mg/g、25.12mg/g；材料用量為1.0g (對(duì)應(yīng)高度2.7cm)、吸附濃度為4.5mg/L時(shí)吸附Pb(II)、Cu(II)和Zn(II)離子溶液，穿透時(shí)間分別達(dá)到39.85h、10.07h、5.45h。在接近海水濃度的0.6mol/L NaCl溶液中表現(xiàn)出較好的吸附性能，對(duì)Pb(II)、Cu(II)和Zn(II)的吸附量分別達(dá)到12.82mg/g、4.39mg/g和3.37mg/g。人工海水介質(zhì)下的試驗(yàn)中，吸附三種離子的穿透時(shí)間分別為5533min、8330min和22min，性能優(yōu)異，在去除養(yǎng)殖海水中的重金屬離子方面具有較好的應(yīng)用潛力。 該論文有圖115幅，表41個(gè)，參考文獻(xiàn)246篇。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類(lèi)號(hào)】：X703

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2795645