纳米二氧化锰强化混凝和过滤去除水中铊的研究

摘要

近年来，我国水体重金属污染事件频发，铊污染日趋严重。重金属铊以其剧毒性和生物富集性引起了人们的高度重视。锰氧化物广泛存在于自然环境中，在许多有机成分和无机成分的迁移转化过程中发挥着重要的作用，二氧化锰不仅能够氧化磺胺类、溴酚类等有机物质，对水中的重金属离子也有优良的吸附性能，可以有效去除。纳米尺寸的吸附剂具有更大的比表面积，从而拥有更强的吸附能力。本文主要利用纳米二氧化锰对常规给水处理工艺流程中的混凝和过滤这两个工艺进行强化，分析比较其对重金属铊的去除效能。
　　为了便于分离及分析，首先利用颗粒δ-MnO2进行吸附实验，二氧化锰通过碱性条件下氯化锰还原高锰酸钾得到。δ-MnO2对Tl(Ⅰ)的吸附在5分钟内即可完成，且吸附量高达769 mgTl/gMn。相比于较低pH条件，中性和碱性条件下二氧化锰表面负电荷更多，因此更有利于铊的吸附。一价Na+和二价Ca2+的竞争吸附导致它们对铊的去除有抑制作用，酸性条件下锰泄露量的增加，也间接证明了在此条件下Tl(Ⅰ)被二氧化锰氧化。天然有机物对铊的去除无明显限制，而水中无机络合性阴离子促进了铊的去除。
　　以硫代硫酸钠还原高锰酸钾所得的纳米二氧化锰尺寸小，分散性及吸附性能良好。利用纳米二氧化锰强化混凝，Tl(Ⅲ)的去除效率略高于Tl(Ⅰ)的去除率，可考虑在实际水处理中进行预氧化。pH值的升高有利于混凝对铊的去除；Ca2+的存在抑制了铊的去除；天然有机物的加入大大降低了铊的去除率，与磨盘山出厂水配水相比，松花江原水配水中铊的去除率更低，也证实了水中天然有机物是影响纳米二氧化锰强化混凝去除水中痕量铊的主要原因。
　　本研究还探讨了纳米二氧化锰在过滤过程中去除重金属铊的强化作用。纳米二氧化锰有利于石英砂过滤对铊的去除，二氧化锰浓度越大，去除效果越好；锰砂表面的金属氧化物使得其本身对铊有良好的吸附效能，故纳米二氧化锰的加入无明显影响。Ca2+在一定程度上降低了过滤对铊的去除率；天然有机物则是极大地增加了石英砂过滤出水中铊和锰的浓度，说明天然有机物对重金属有很强的络合能力。

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第1章 绪 论

1.1 重金属性质及其污染状况

1.2 铊的毒性、污染及处理方法

1.3 KMnO4氧化除污染的应用

1.4纳米材料对重金属、类金属的去除

1.5 纳米二氧化锰的性能及其应用

1.6 课题研究的目的和内容

第2章 实验材料与方法

2.1实验药品及配制方法

2.2 主要实验仪器设备

2.3 实验方法

第3章 二氧化锰对铊的吸附

3.1 引言

3.2δ-MnO2对Tl(I)的吸附动力学

3.3 初始浓度对δ-MnO2吸附Tl(I)的影响

3.4 不同条件对δ-MnO2吸附Tl(I)的效能的影响

3.5 本章小结

第4章 纳米二氧化锰强化混凝对铊的去除

4.1 引言

4.2 MnO2种类及投量的比较选择

4.3 Al2(SO4)3投量对混凝沉淀效果的影响

4.4 混凝过程对Tl(I)的去除

4.5 混凝过程对Tl(III)的去除

4.6 Ca2+对混凝除Tl的影响

4.7 天然有机物对混凝除Tl的影响

4.8 本章小结

第5章 纳米二氧化锰强化过滤对铊的去除

5.1 引言

5.2 纳米MnO2—石英砂过滤对Tl的去除

5.3 纳米MnO2—锰砂过滤对Tl的去除

5.7 本章小结

结论

参考文献

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