改性膨润土颗粒制备及对微污染水中UV254和NH4-N的去除研究

摘要

随着城市化的进程和工农业的发展，目前我国许多重要流域的水源水受到了不同程度的污染，水源污染问题日益突出。微污染水的污染物种类繁多，但主要以有机物和氨氮污染物为主，给水厂的常规工艺对有机物和氨氮一般难以进行有效去除，因此为有效解决水源微污染问题，保障人民饮用水安全，迫切需要寻找一些经济高效的水处理方法。
　　在国内外研究中，改性膨润土具有良好的吸附性能，能够有效处理微污染水和污废水，但由于粉末状的改性膨润土在水处理时难以固液分离，处理成本较高，影响了其在水处理中的实际应用，因此将膨润土制备成一种便于回收重复利用的颗粒状膨润土就有了现实意义。
　　本课题选取钠基膨润土为原材料，AlCl3·6H2O作为改性剂，采用微波加热制备得到微波强化Al改性膨润土(以下简称M-Al-Bt)，采用聚乙烯醇(PVA)为粘结剂和不同造孔剂（碳酸氢钠、海藻酸钠、卡拉胶、淀粉）对M-Al-Bt进行挤压造粒，制备得到不同改性膨润土颗粒（以下简称MBG1、MBG2、MBG3、MBG4）。以UV254和NH4-N的去除效果为评价指标，采用正交试验制备MBG，对不同MBG的制备工艺条件进行分析;通过SEM、EDS、XRD、FT-IR、BET和BJH等方法对MBG的表面和内部结构进行表征分析，探讨MBG的制备机理;考察不同反应条件下，MBG对微污染水中的UV254和NH4-N的去除效果，探讨MBG的去除机理;考察NaOH溶液对MBG的再生效果。
　　MBG制备实验结果表明，M-Al-Bt的最佳制备工艺条件为Q=260W，L/S=1ml/g，T=6min，Al=12mmol/10g;不同膨润土颗粒的最佳制备工艺条件为，MBG1:PVA=10％，NaHCO3=5％，包埋量=10;MBG2∶PVA=11％，SA=3％，包埋量=9.5;MBG3∶PVA=11％，卡拉胶=1％，包埋量=10;MBG4∶PVA=11％，淀粉=6％，包埋量=9;与MBG2、MBG3和MBG4相比，MBG1颗粒成型效果更好。
　　MBG表征实验结果表明，由膨润土原土制备的颗粒(以下简称NBG)相比，MBG1的表面和内部孔隙结构明显改善，吸附性能明显提高;MBG1的比表面积与NBG相比，增大了约13倍，MBG1的比表面积为32.9452m2/g;MBG1的平均孔径与NBG相比明显减小，孔容增大约12倍;MBG1的层间距与NBG相比，由1.25nm增大至1.57nm。
　　MBG去除实验结果表明，与NBG、MBG2、MBG3和MBG4相比，MBG1对初始浓度20mg/L腐殖酸、5mg/L氨氮的微污染水去除效果最好;静态吸附实验中，在MBG1投加量3g/L，反应时间20min，pH=7.0的条件下，MBG1对微污染水中UV254和NH4-N的去除率最高达到98.54％和20.56％;采用1.5mol/L的NaOH溶液对吸附饱和的MBG1可有效循环再生3次，再生后MBG1对UV254去除率均在70％以上（无添加新MBG1），为提高水处理效果，再生后可适当添加新的MBG1;动态吸附实验中，与NBG滤柱相比，MBG1滤柱去除初始浓度20mg/L腐殖酸、5mg/L氨氮的微污染水效果更好;在MBG1滤柱运行50h内，对UV254的平均去除率为97.0％，出水UV254平均值为0.017cm-1,对NH4-N的平均去除率为48.4％，出水NH4-N平均值为2.6mg/L，对浊度的平均去除率为69.3％，出水浊度平均值为0.5NTU。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 微污染水源

1．1．2 腐殖酸

1．1．3 氨氦

1．2 膨润土的概念及其特性

1．2．1 膨润土简介

1．2．2 膨润土的结构特性

1．2．3 膨润土的物化性质

1．3 国内外研究现状

1．3．1 微污染水源水处理研究现状

1．3．2 膨润土的应用研究

1．3．3 粉体造粒研究

1．4 研究目的及意义

1．5 研究目标、内容和方法

1．5．1 研究目标

1．5．2 研究内容

1．5．3 研究技术路线

1．5．4 课题特色及创新性

第二章 实验材料和设备及方法

2．1 实验材料与设备

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验设备

2．2 实验方法

2．2．1 实验方法

2．2．2 指标测定

第三章 MBG制备

3．1 M-Al-Bt的制备

3．1．1 M-Al-Bt的正交试验

3．1．2 M-Al-Bt的正交试验结果与分析

3．2 MBG的制备

3．2．1 碳酸氢钠制MBG1的正交试验

3．2．2 海藻酸钠制MBG2的正交试验

3．2．3 卡拉胶制MBG3的正交试验

3．2．4 淀粉制MBG4的正交试验

3．3 本章小结

第四章 MBG表征及机理分析

4．1 MBG的结构表征

4．1．1 SEM分析

4．1．2 EDS分析

4．1．3 XRD分析

4．1．4 FT-IR分析

4．1．5 BET和BJH分析

4．2 本章小结

第五章 MBG吸附性能研究

5．1 MBG静态吸附

5．1．1 MBG投加量对UV254和NH4-N的吸附效果影响

5．1．2 MBG反应时间对UV254和NH4-N的吸附效果影响

5．1．3 pH对UV254和NH4-N的吸附效果影响

5．1．4 MBG单独除NH4-N的吸附效果影响

5．2 MBG脱附再生

5．2．1 NaOH溶液不同摩尔浓度对MBG1再生效果影响

5．2．2 NaOH溶液对MBG1再生次数效果影响

5．3 MBG动态吸附

5．3．1 滤层10cm厚MBG1滤柱对微污染水的吸附效果影响

5．3．2 滤层10cm厚NBG滤柱对微污染水的吸附效果影响

5．4 经济性分析

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

声明

致谢