蒙脱土颗粒吸附剂制备及其吸附水中氨氮的试验研究

摘要

本课题的研究目的是为了解决粘土粉末作为水处理吸附剂难以回收利用的问题。国内外对粉体成型技术开展了不少研究，如造粒技术，但对于用微生物固定化技术包埋粘土粉末的研究还少有报道。论文以具有吸附作用的蒙脱土粉末作为原料，聚乙烯醇(PVA)作为包埋剂，系统的研究蒙脱土颗粒吸附剂的制备及其对水中氨氮的吸附性能和机理。 试验考察包埋剂、添加剂、交联剂对PVA包埋蒙脱土成球难易程度以及成球后强度、传质性能的影响，获得蒙脱土颗粒吸附剂制备的基本参数，通过正交试验得出适宜的包埋条件：PVA浓度10％、海藻酸钠浓度0.2％、包埋量1：1交联时间24h，其中PVA浓度为主要影响因素。该包埋条件下制备的蒙脱土颗粒具有较好的强度和传质能力，还可脱水保存便于使用和运输。经颗粒吸附剂处理后的水体清澈透明，吸附剂与水体易于分离，回收后的颗粒可作为土壤肥料再利用。 对蒙脱土颗粒吸附剂对水中NH4+的吸附影响因素和吸附性能进行试验研究，结果表明：(1)随氨溶液初始浓度的降低颗粒吸附剂的吸附效果提高，当初始浓度小于10mg/L，对NH4+去除率为99.8％；(2)颗粒吸附剂在4～10pH值范围内有较好吸附效果；(3)蒙脱土颗粒吸附剂对溶液中NH4+的吸附符合Langmuir吸附等温式，表现为单分子层吸附，氨吸附容量为3.21mg/g；(4)动态条件下，颗粒吸附剂氨吸附量小于其氨吸附容量，吸附剂吸附效率极大提高；吸附符合一级动力学反应方程。 通过XRD、SEM等测试手段，对蒙脱土颗粒吸附剂进行表征，探讨其吸附机理。研究表明：在颗粒吸附剂制备过程中，部分PVA大分子与蒙脱石层间的阳离子交换嵌入其层间域，导致蒙脱土表面孔径增大、阳离子交换量降低。这是蒙脱土颗粒吸附剂对低浓度氨溶液吸附效果好，但氨吸附容量降低的原因。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第1章引言

1.1蒙脱石在水处理中的应用

1.1.1处理水中的金属离子

1.1.2处理水中的有机污染物

1.1.3脱色

1.1.4脱除水中的氨氮和磷

1.2成型技术在水处理中的应用

1.2.1造粒技术在水处理中的应用

1.2.2固定化技术在水处理中的应用

1.3废水脱氮技术

1.3.1物理化学法脱氮

1.3.2生物法脱氮

1.3.3其它脱氮方法

1.4本课题研究目的、意义和内容

第2章试验材料、设备和方法

2.1试验原料

2.2试验方法

2.2.1包埋法的特点

2.2.2包埋剂的选择

2.2.3包埋材料基本性能介绍

2.3试剂和设备

2.2.1试剂

2.2.2仪器设备

第3章基本原理

3.1蒙脱土的吸附原理

3.2 PVA凝胶成型原理

3.3海藻酸钠凝胶成型原理

第4章蒙脱土颗粒吸附剂的制备

4.1试验方法和流程图

4.1.1颗粒吸附剂的制备步骤

4.1.2制备流程图

4.1.3颗粒吸附剂制各参数的确定

4.1.4颗粒吸附剂的性能测试方法

4.2试验结果与分析

4.2.1空白试验

4.2.2 PVA浓度的影响

4.2.3添加剂海藻酸钠浓度的影响

4.2.4包埋量的影响

4.2.5交联时间的影响

4.2.6最佳工艺条件的确定

4.3颗粒吸附剂的溶涨性研究

4.4颗粒吸附剂的保存

4.5废弃颗粒吸附剂的处理

4.6本章小结

第5章蒙脱土颗粒吸附剂吸附氨氮废水的试验研究

5.1试验装置及方法

5.1.1静态试验

5.1.2动态试验

5.2蒙脱土颗粒吸附剂对水中氨氮的吸附影响因素研究

5.2.1蒙脱土用量的影响

5.2.2固液接触时间的影响

5.2.3溶液初始浓度的影响

5.2.4溶液pH值的影响

5.2.5干扰电解质的影响

5.3蒙脱土颗粒吸附剂对水中氨氮的吸附性能的研究

5.3.1吸附等温线

5.3.2吸附速率

5.3.3吸附穿透试验

5.4本章小结

第6章蒙脱土颗粒吸附剂表征及吸附机理探讨

6.1蒙脱土颗粒吸附剂表征

6.1.1蒙脱土颗粒吸附剂XRD衍射谱分析

6.1.2蒙脱土颗粒吸附剂扫描电镜分析

6.2蒙脱土颗粒吸附剂对氨氮吸附机理的探讨

6.2.1蒙脱土粉末吸附氨氮的机理

6.2.2颗粒吸附剂中蒙脱土吸附容量减少的原因

6.2.3颗粒吸附剂对水中NH4+的吸附过程

6.2.4颗粒吸附剂的优点

第7章结论与建议

7.1结论

7.2建议

参考文献

致谢

附录：硕士研究生期间发表的论文及参研项目