铝柱撑蒙脱土吸附煤矿矿井水中硫酸根离子的研究

摘要

随着我国经济的快速发展和人口的不断增长，水资源短缺现象越来越严重，迫使人们开发新的供水水源。矿井水是矿区所采煤层及开拓巷道附近的地下水，有时会因地表裂隙而渗入部分地表水，是一种可以开发利用的水资源。因地质条件不同，矿井水的水质差别很大；在含硫的地层中，硫酸根离子在水相中的含量较高，采用传统的处理工艺不能将其进行有效去除。对于硫酸盐的去除，目前使用最多的是脱盐方法，但这种方法产水量少、制水成本高。由于我国大部分煤矿区的经济水平不高、人口多且用水量大，脱盐技术的推广使用受到一定的限制，寻求更为经济有效的高浓度硫酸盐矿井水处理方法已迫在眉睫。
　　蒙脱土是我国含量丰富的一种粘土矿物，具有独特的层状结构，有很强的吸附能力，经过改性处理后，蒙脱土的性能会大大提高，能有效地吸附水溶液中的无机、有机和金属离子等污染物。将蒙脱土应用于处理高硫酸盐矿井水将会扩展其应用领域，解决水处理难题。
　　本论文以山东淄博矿井水为处理对象，自制铝柱撑蒙脱土吸附材料，应用能谱、扫描电镜、比表面积、X衍射分析方法考察了铝柱撑蒙脱土的性质；在此基础上，采用单因素实验和正交实验方法，研究了铝柱撑蒙脱土吸附硫酸根离子的效果及其影响因素，并探讨了吸附机理。论文研究得到的主要结论如下：
　　（1）蒙脱土经铝柱撑处理后，比表面积和层间距大大提高，有助于吸附的进行，是理想的天然粘土改性吸附材料；
　　（2）铝柱撑蒙脱土吸附硫酸根属于Freundlich吸附类型，主要是以表面络合和离子交换作用为主，静电吸引也起了一定作用，物理吸附很微弱；
　　（3）pH值、硫酸根初始浓度及搅拌时间对铝柱撑蒙脱土的吸附量影响较大，酸性条件有利于吸附；
　　（4）当硫酸根离子浓度为1,000mg/L时，最佳吸附条件为：pH=3，铝柱撑蒙脱土投加量=28g/L，搅拌速度=300r/min，搅拌时间=30min。此时去除率为63.84％，吸附量为22.80mg/g，可将硫酸根浓度降至350mg/L；
　　（5）解析试验和铝的溶出率试验表明，铝柱撑蒙脱土对硫酸根离子的吸附不易解吸，无二次污染。

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CONTENTS

第1章 绪论

1.1 前言

1.2 高硫酸盐煤矿矿井水的概述

1.3 国内外高硫酸盐矿井水的处理技术研究现状

1.4 蒙脱土概况及其在水处理中的应用

1.5 论文研究的背景及内容

第2章 铝柱撑蒙脱土的制备及其理化性能表征

2.1 铝柱撑蒙脱土的制备原理

2.2 铝柱撑蒙脱土的制备方法

2.3 试验改性前后蒙脱土的理化表征

2.4 本章小结

第3章 铝柱撑蒙脱土吸附SO42-离子的试验研究

3.1 单因素试验

3.2 正交试验

3.3 解吸试验

3.4 铝的溶出率

3.5 本章小结

第4章 铝柱撑蒙脱土吸附SO42-机理研究

4.1 吸附等温线的确定

4.2 吸附机理探讨

4.3 本章小结

第5章 模拟水样吸附试验研究

5.1 水样概况

5.2 实验研究

5.3 工艺设计及可行性分析

5.4 本章小结

结 论

参考文献