粉煤灰改性及改性粉煤灰除氟性能研究

摘要

粉煤灰是电厂排放的废弃物,其主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3等,这些物质易与大多数吸附质发生物理或化学反应,因而粉煤灰应具有一定的吸附性能。但大量研究结果表明,粉煤灰成分复杂、未经处理的粉煤灰吸附性能普遍不佳,有必要对其进行改性处理。本文对粉煤灰进行改性处理,制备用于脱除水溶液中氟离子的高效吸附剂。首先对粉煤灰进行了改性方法的探索,筛选适宜的粉煤灰改性方法;采用静态吸附法,考察了粉煤灰改性条件及吸附操作条件如反应时间、反应温度、溶液pH值、吸附剂用量等因素对改性粉煤灰对氟离子吸附容量的影响,并对粉煤灰改性机理及改性粉煤灰对氟离子的吸附热力学和动力学进行了研究,主要研究结果如下:(1)以改性后的粉煤灰对溶液中氟离子的吸附容量为依据,探索用于脱除水溶液中氟离子的改性粉煤灰的制备方法。结果表明,超声波辅助硫酸复合改性所得粉煤灰对F-的吸附效果较好;(2)通过对超声波辅助硫酸改性粉煤灰制备工艺的考察,得出超声波辅助硫酸复合改性粉煤灰适宜制备条件;在对原灰及改性粉煤灰的X-射线粉末衍射(XRD)、红外光谱(IR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等表征结果的基础上,初步分析了粉煤灰改性机理。结果表明硫酸溶液浓度、干燥温度对改性粉煤灰的吸附容量影响比较大。经超声波辅助硫酸作用,粉煤灰的Si-Al网络聚合结构被破坏,使粉煤灰颗粒内部可溶性Si、Al、Fe转变为活性物质,出现Ca、Fe的晶相,形成了Si-O-Fe、Al-O-Fe结构。同时,在超声波环境中,硫酸对粉煤灰的腐蚀作用被加强,使粉煤灰表面变得凸凹不平,比表面积有所增加;(3)通过考察操作条件对粉煤灰对溶液中F-的吸附容量的影响,确定了改性粉煤灰用于脱除溶液中F-适宜操作条件。结果表明:含氟水浓度、温度和pH值对吸附容量的影响较大;(4)改性粉煤灰对F-的吸附热力学和动力学研究表明,改性粉煤灰对F-的吸附过程属于H(Highaffinity)型吸附等温方程,符合Langmuir吸附等温式。

目录

摘要

Abstract

引言

第一章 文献综述

1.1 粉煤灰的产生

1.2 粉煤灰的性质

1.3 粉煤灰的利用现状

1.3.1 国外粉煤灰利用现状

1.3.2 国内粉煤灰利用现状

1.4 粉煤灰在污水处理方面的应用研究

1.5 本课题研究意义和主要内容

1.5.1 本文的研究意义

1.5.2 本文研究的主要内容

第二章 实验材料及实验方法

2.1 实验试剂及仪器

2.1.1 实验试剂

2.1.2 实验仪器

2.2 溶液中氟离子浓度的测试方法

2.2.1 含氟溶液的配制

2.2.2 标准曲线的绘制

2.2.3 待测溶液中氟离子测定方法

第三章 粉煤灰改性方法

3.1 实验部分

3.1.1 实验药品及仪器

3.1.2 实验方法和内容

3.2 结果与讨论

3.2.1 研磨法

3.2.2 硫酸改性法

3.2.3 氢氧化钠改性法

3.2.4 高温焙烧法

3.2.5 助熔剂改性法

3.2.6 超声波改性法

3.2.7 粉煤灰改性结果分析比较

3.3 本章小结

第四章 超声波辅助硫酸改性粉煤灰

4.1 实验部分

4.1.1 实验药品及仪器

4.1.2 实验方法和内容

4.2 结果与讨论

4.2.1 硫酸浓度对改性粉煤灰对含氟水中氟离子吸附容量的影响

4.2.2 超声温度对改性粉煤灰对含氟水中氟离子的吸附容量影响

4.2.3 超声时间对改性粉煤灰对含氟水中氟离子的吸附容量影响

4.2.4 超声频率对改性粉煤灰对含氟水中氟离子吸附容量的影响

4.2.5 干燥温度对改性粉煤灰对含氟水中氟离子吸附容量的影响

4.2.6 干燥时间对改性粉煤灰对含氟水中氟离子吸附容量的影响

4.3 超声波辅助硫酸改性粉煤灰的改性机理分析

4.3.1 粉煤灰改性前后成分的分析

4.3.2 粉煤灰改性前后结构表征

4.4 本章小结

第五章 超声波辅助硫酸改性粉煤灰的除氟性能

5.1 实验部分

5.1.1 实验药品及仪器

5.1.2 实验方法及内容

5.2 结果与讨论

5.2.1 含氟水溶液浓度对粉煤灰吸附容量的影响

5.2.2 粉煤灰投加量对吸附容量的影响

5.2.3 温度的影响

5.2.4 振荡速率的影响

5.2.5 振荡时间对吸附容量的影响

5.2.6 含氟溶液pH 的影响

5.2.7 吸附等温线

5.2.8 吸附机理

5.2.9 原灰、超声波辅助硫酸改性粉煤灰去除实际含氟水实验

5.3 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

个人简介