焙烧态Zn/Al类水滑石的制备及吸附地下水中硫酸盐的研究

摘要

位于山西省地区的太原盆地、汾河西侧等多处作为饮用用途的地下水中含有过量的硫酸盐。长期饮用硫酸盐含量过高的水将会致使胃液中的酸度明显下降，从而导致腹泻，并且水中硫酸盐的含量与肝癌的得病率呈正相关。目前，有很多关于硫酸盐的去除方法的研究是针对工业废水，较少针对地下水中的去除。本文希望利用类水滑石在作为吸附剂方面的优势，探讨其在地下饮用水中硫酸盐脱除方面的可行性。首次将锌铝焙烧水滑石运用于处理山西省高硫酸盐地下饮用水中，力求为净化高硫酸盐地下饮用水中的SO42-提供安全、经济的解决方案。
　　 在锌铝焙烧水滑石吸附SO42-的研究中，主要从以下几个方面予以探讨:
　　 1、分别利用单因素实验和正交实验对制备锌铝焙烧水滑石过程中的各因素对脱除硫酸根离子的影响逐个予以分析，最终确定较优的制备方案为:Zn/Al=3∶1，以10％NaOH为沉淀剂，制备温度为75℃，结晶时间为12h，pH=10，焙烧温度为300℃。
　　 2、利用在最优制备条件下制得的锌铝水滑石吸附硫酸盐，探讨吸附过程中各个因素对吸附效果的影响，从而确定吸附的适宜反应条件为:投加吸附剂的质量比为1.2、pH=7、常温下搅拌3h、搅拌速度为120 r/min，SO42-的去除率可达90％以上。
　　 3、将吸附后的水滑石进行“脱附-再生”的实验，从而确定适合硫酸根解析液为10％Na2CO3，其解析率可以达到92.3％。利用动力学拟合、等温曲线拟合以及热力学分析以及各种表征方法探讨水滑石以及焙烧过的水滑石吸附硫酸根的机理依次为:阴离子插层、物理吸附、离子交换以及络合作用。
　　 4、考察在实际应用中的经济性。通过在相同的实验条件下，比较常用的几种硫酸盐吸附剂在吸附硫酸盐的处理费用，比较结果显示水滑石是几种吸附剂中较为经济实用的吸附材料。

目录

声明

摘要

第一章 引言

1．1 我国水资源的现状

1．1．1 山西省地下水水质特点

1．1．2 国家饮用水标准

1．1．3 山西省地下水水源中硫酸盐的来源

1．1．4 地下水中高硫酸盐的危害

1．2 水中硫酸根的去除技术进展

1．2．1 化学法

1．2．2 物理法

1．2．3 过滤法

1．2．4 离子交换法

1．2．5 膜分离法

1．2．6 生化处理法

1．2．7 吸附法

1．2．8 总结

1．3 类水滑石概况

1．3．1 类水滑石的结构

1．3．2 类水滑石的组成

1．3．3 类水滑石的性质

1．3．4 类水滑石的应用

1．3．5 类水滑石的制备

1．4 课题的提出和目的

1．4．1 课题的提出

1．4．2 本课题的目的

第二章 实验材料、仪器及样品分析

2．1 实验药品

2．2 实验试剂的制备

2．3 实验仪器

2．4 分析方法

2．4．1 SO42-的测定

2．4．2 吸附试验

2．4．3 计算公式

2．4．4 样品的表征方法

第三章 类水滑石的制备以及制备条件的筛选

3．1 类水滑石制备方法的确定

3．2 类水滑石的金属组成筛选

3．2．1 金属离子的组成对硫酸根吸附的影响

3．2．2 金属离子的配比对硫酸根吸附的影响

3．3 类水滑石的制备条件的优化

3．3．1 共沉淀剂的种类类水滑石吸附性能的影响

3．3．2 酸碱度对类水滑石吸附性能的影响

3．3．3 制备温度类水滑石吸附性能的影响

3．3．4 结晶时间类水滑石吸附性能的影响

3．3．5 水滑石及其被烧产物吸附性能的比较

3．4 类水滑石样品制备条件的正交试验

3．4．1 选定正交表

3．4．2 正交设计因素对吸附硫酸盐性能的影响

第四章 焙烧态类水滑石吸附硫酸盐的过程

4．1 Zn／Al-300吸附硫酸盐过程中的影响

4．1．1 搅拌速度的影响

4．1．2 溶液初始pH对吸附硫酸盐的影响

4．1．3 类水滑石的投加量对吸附硫酸盐的影响

4．1．4 共存离子对吸附硫酸盐的影响

4．2 Zn／Al-300吸附硫酸盐的数据处理

4．2．1 Zn／Al-300吸附过程的动力学分析

4．2．2 Zn-Al-300吸附过程的等温曲线拟合

4．2．3 Zn-Al-300类水滑石吸附硫酸盐的热力学分析

4．3 Zn／Al类水滑石及其焙烧产物吸附硫酸盐的机理分析

4．3．1 Zn／Al-LDH的吸附机理

4．3．2 Zn／Al-300吸附硫酸盐的机理分析

第五章 硫酸盐的脱附以及水滑石的再生

5．1 硫酸盐在水滑石上的脱附

5．2 水滑石的再生

5．3 吸附剂的经济性分析

第六章 结论与建议

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文