多孔不锈钢基氧化铝膜对水溶液中Cr(Ⅵ)和Cd(Ⅱ)的去除性能研究

摘要

近年来，随着工业的发展、农药滥用和城市化的加剧，水体污染也日益严重。在众多水体污染源中，以重金属离子的危害最大，因而对重金属污染的治理刻不容缓。重金属离子的去除方法有化学沉淀法、电化学法、生物法、膜分离法、离子交换法、吸附法等。其中，吸附法因具有吸附效率高、运行成本低、操作简单等优点而受到广泛关注。但吸附剂单独用于重金属去除时往往回收困难，重复利用性差。为解决这一问题，经常用合适的载体将吸附剂固定化。本研究通过悬浮粒子烧结法，将水热合成的具有吸附能力的γ-Al2O3纳米粒子固载于316L多孔不锈钢基体上，并用其吸附水溶液中的Cr(Ⅵ)和Cd(Ⅱ)，得到如下主要结论。
　　1.扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)测试表明，γ-Al2O3纳米粒子被均匀涂在了316L多孔不锈钢基体上，所得氧化铝膜层分布均匀、连续性好，未出现覆盖不全的现象，膜层沉积厚度约20μm。用滴定法测得氧化铝膜的等电点为8.93。氧化铝膜错流过滤pH调为3.0的去离子水后，用ICP-MS测得溶液中铁、铝元素析出量分别为0.378mg/L和0.085mg/L，符合我国饮用水卫生标准中铁、铝元素浓度不得超过0.6mg/L和0.2mg/L的规定，由此可见膜的化学稳定性较好。
　　2.氧化铝膜对水溶液中单一存在的Cr(Ⅵ)和Cd(Ⅱ)的吸附结果表明，该膜对单一Cr(Ⅵ)和Cd(Ⅱ)的最佳吸附pH分别为3.0-4.0和8.0-9.0，吸附均符合动力学准二级模型和朗格缪尔吸附等温模型，最大吸附量分别为0.603mg/g和0.399mg/g。
　　3.氧化铝膜对水溶液中共存的Cr(Ⅵ)和Cd(Ⅱ)的竞争吸附结果表明，在pH=5.5，温度为室温时，膜对单一溶液中两种重金属离子的平衡吸附量分别为0.307mg/g和0.181mg/g，对二元溶液中两种离子的平衡吸附量分别为0.244mg/g和0.063mg/g。由此可见，膜对其中一种金属离子的吸附量会因另一种离子的存在而降低。
　　4.选用pH值为4.0的HNO3溶液洗脱吸附Cd(Ⅱ)后的氧化铝膜，经过三次吸附-洗脱循环后，HNO3对Cd(Ⅱ)的洗脱率约30％。选用pH值为10.0的NaOH溶液洗脱吸附Cr(Ⅵ)后的氧化铝膜，经过三次吸附-洗脱循环后，NaOH对Cr(Ⅵ)的洗脱率约90％。
　　5.氧化铝膜对饮用水样中Cr(Ⅵ)和Cd(Ⅱ)的吸附性能表明，经处理后的水样低于WHO关于饮用水中重金属离子的限量标准。
　　多孔不锈钢基氧化铝膜对水溶液中重金属离子Cr(Ⅵ)和Cd(Ⅱ)的去除效果较好，且吸附过程中膜的稳定性较好。该法解决了吸附剂无支撑物和难以回收的问题，具有一定的工业应用前景。此外，本研究还为氧化铝膜在果汁中吸附重金属和污水处理等领域的实际应用提供了理论和实践依据。

目录

声明

论文说明

摘要

第一章 文献综述

1．1 水体重金属离子的来源及危害

1．1．1 水体重金属离子的来源及其污染情况

1．1．2 水体重金属离子的危害

1．2 重金属离子的去除

1．2．1 化学沉淀法

1．2．2 生物法

1．2．3 离子交换法

1．2．4 电化学法

1．2．5 膜分离法

1．2．6 吸附法

1．3 氧化铝去除重金属离子

1．3．1 氧化铝去除重金属离子的机理

1．3．2 氧化铝的吸附性能

1．3．3 氧化铝的固定化

1．4 研究目的与意义

1．5 研究内容

1．6 技术路线

第二章 材料与方法

2．1 材料

2．1．1 基体和试剂

2．1．2 仪器

2．2 试验方法

2．2．1 多孔不锈钢基氧化铝膜的制备和表征

2．2．2 膜对水溶液中Cr(Ⅵ)和Cd(Ⅱ)的单一吸附

2．2．3 膜对水溶液中Cr(Ⅵ)和Cd(Ⅱ)的竞争吸附

2．2．4 重复利用性

2．2．5 膜对饮用水样中Cr(Ⅵ)和Cd(Ⅱ)的吸附

3．1 膜的表征

3．1．1 表面形貌

3．1．2 物相结构

3．1．3 等电点

3．1．4 膜的稳定性

3．2．1 溶液初始pH

3．2．2 吸附动力学

3．2．3 吸附等温线

3．3 膜对水溶液中Cr(Ⅵ)和Cd(Ⅱ)的竞争吸附

3．4 重复利用性

3．5 膜对饮用水样中Cr(Ⅵ)和Cd(Ⅱ)的去除性能

4．1 结论

4．2 创新点

4．3 展望

参考文献

致谢

作者简介