铁锰复合氧化物/壳聚糖珠吸附材料制备及其去除水中砷、磷的研究

摘要

砷是一种毒性很强的类重金属元素，伴随着岩石风化和人类活动，其进入到水环境中，造成地下水和地表水砷污染。世界许多国家和地区的地下水砷含量显著超标，对人体健康产生了严重危害。磷是生物生长的必需营养元素，但其含量过高往往会导致水体的富营养化，严重影响水质和生态系统健康。常见的除砷除磷技术很多，其中，吸附是最具应用前景的方法之一。但是，通常制备的吸附材料一般均为粉末状，导致其在实际应用中受到很大限制。为此，将粉末吸附材料进行造粒变得颇为重要，且粉末材料颗粒化成为目前研究热点之一。
　　前期研究表明，粉末状铁锰复合氧化物可高效去除水体中的砷和磷；作为一种无毒、可生物降解的高分子物质，壳聚糖也是有效的粘合剂，可作为骨架将粉末吸附材料进行包覆，制成珠状吸附材料。本论文以壳聚糖为粘结剂，制备了新型铁锰复合氧化物/壳聚糖珠状吸附材料，对制备的吸附材料进行系统表征，并对其砷、磷去除效能开展系统探究。研究结果表明：
　　1.获得的干态铁锰复合氧化物/壳聚糖珠吸附材料直径在1.6～1.8mm之间；其具有较大的比表面积(248.2m2·g-1)和较高的机械强度(1.5～2.5N)。
　　2.铁锰复合氧化物/壳聚糖珠吸附材料继承了铁锰复合氧化物对砷的高吸附能力，在pH=7.0±0.1时，其对As(III)和As(V)的最大吸附容量分别可达54.2mg·g-1和39.1mg·g-1；该吸附材料适用的pH范围(5.0～10.0)；共存的Ca2+和Mg2+略微促进铁锰复合氧化物/壳聚糖珠对砷的吸附，HCO3-和SO42-对砷吸附影响不大，而SiO32-和PO43-对砷吸附产生较强的抑制作用。
　　3.铁锰复合氧化物/壳聚糖珠对磷也具有出良好的吸附性能，在pH=7.0±0.1时，最大吸附容量为13.3mg·g-1；且在较宽pH范围(5.0～10.0)对磷都有较好的吸附去除能力；同样，共存的Ca2+和 Mg2+促进铁锰复合氧化物/壳聚糖珠对磷的吸附，HCO3-、SO42-和Cl-1对磷吸附影响不大，而SiO32-对吸附产生抑制作用。
　　4.干态铁锰复合氧化物/壳聚糖珠可方便地用于吸附柱系统。连续动态柱实验结果表明，当模拟含砷地下水初始浓度为233μg·L-1，吸附柱达到穿透时(即出水砷浓度达到10μg·L-1)，可分别处理1400个柱体积的含As(V)模拟地下水和3000个柱体积的含As(III)的模拟地下水；当磷初始浓度为3mg·L-1时，吸附柱达到穿透(即出水口磷浓度达到0.5mg·L-1)时，可处理800个柱体积的模拟含磷废水。
　　5.铁锰复合氧化物/壳聚糖珠吸附材料具有良好的再生性能，用氢氧化钠溶液处理可使吸附的砷、磷有效的脱附，该吸附材料可多次重复使用。
　　综上，制备的铁锰复合氧化物/壳聚糖珠具有较好的机械稳定性，对砷和磷表现出良好的吸附性能，且可有效地再生和多次重复使用，是一种很有应用前景的除砷除磷材料。

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符号说明

1绪论

1.1课题研究背景

1.2 吸附材料的研究进展

1.3 粉末颗粒化研究进展

1.4 吸附机理

1.5 课题研究进展、意义及内容

2 铁锰复合氧化物/壳聚糖珠的制备、表征

2.1 吸附剂的制备

2.2 铁锰复合氧化物/壳聚糖珠的表征

2.3 结果与讨论

2.4 小结

3 铁锰复合氧化物/壳聚糖珠除砷性能研究

3.1 实验部分

3.2 结果与讨论

3.3小结

4铁锰复合氧化物/壳聚糖珠除磷性能研究

4.1 实验部分

4.2 结果与讨论

4.3 小结

5 结论及展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

附录:硕士期间发表文章目录

致谢

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