钢渣对水溶液中铬及刚果红等染料的吸附研究

摘要

本文选择工业废弃物—钢渣作为吸附剂，研究了对水溶液中铬及刚果红等染料的吸附去除特征。考察了静态吸附时污染物初始浓度、pH值、钢渣投加量、钢渣粒径、回旋振荡器转速、水浴温度等对吸附效果的影响；结合钢渣吸附Cr(Ⅲ)、刚果红的吸附动力学特征、扩散模型和吸附热力学特征，以及对吸附前后钢渣的矿物组成变化、表面形态分析，从而综合讨论钢渣对Cr(Ⅲ)以及刚果红、孔雀石绿、亚甲基蓝染料的吸附去除机理。实验还考察了钢渣动态吸附Cr(Ⅲ)时柱高、初始浓度、溶液流量对吸附的影响，并模拟动态吸附模型。 静态吸附实验表明，钢渣能很好的吸附水溶液中的Cr(Ⅲ)，且在还原剂Fe(Ⅱ)存在时，Cr(Ⅵ)可以先被还原为Cr(Ⅲ)，进而被钢渣吸附去除。钢渣对Cr(Ⅲ)的单位吸附量可达39.9mg/g。Cr(Ⅲ)初始浓度、钢渣投加量、粒径、振荡转速对钢渣吸附Cr(Ⅲ)均存在影响；pH值、温度的变化对钢渣吸附Cr(Ⅲ)几乎没有影响。还原剂Fe(Ⅱ)的投加量对钢渣吸附Cr(Ⅵ)的影响很大。吸附动力学实验表明，钢渣对Cr(Ⅲ)的吸附过程遵循Lagergren一级吸附速率模型和Webber&Morris颗粒内扩散模型，钢渣内扩散是吸附过程的主要控制步骤。动态吸附实验表明，吸附柱高度、溶液流量、污染物浓度等对吸附均存在影响，实际运用时应综合考虑各个条件。动态吸附过程符合Thomas方程，实际最大动态吸附量为2.09mg/g。X射线荧光(XRF)和X射线衍射(XRD)分析结果表明，铬在钢渣上的吸附去除主要是通过生成铬氧化物以及与钢渣中的Ca、Fe等元素生成难溶化合物来实现的。 钢渣对阴离子直接染料刚果红、阳离子碱性染料孔雀石绿的吸附效果很好，最大吸附量分别为2.60mg/g和50mg/g，而对另一种阳离子碱性染料亚甲基蓝的吸附效果较差，最大吸附量仅为0.58mg/g。刚果红初始浓度、钢渣投加量、粒径、振荡转速对钢渣吸附刚果红均存在影响；pH值、温度的变化对钢渣吸附刚果红几乎没有影响。吸附动力学实验表明，钢渣对刚果红的吸附过程遵循准二级吸附速率模型，且基本符合Webber&Morris颗粒内扩散模型，可以认为钢渣内扩散是吸附过程的主要控制步骤。吸附热力学实验表明，钢渣对刚果红的吸附过程对Freundlich等温吸附方程式的拟合效果更好。红外光谱(FTIR)与场发射电镜扫描(SEM)分析表明，钢渣对染料的去除主要是由于在反应过程中形成了复杂的钢渣/染料复合体，吸附沉积在钢渣表面。吸附刚果红、孔雀石绿时形成的是较为稳定的晶体状态，对亚甲基蓝的吸附为松散的不定型态。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1含铬及染料工业废水来源及处理现状

1.1.1含铬工业废水来源及毒性

1.1.2染料工业废水来源及毒性

1.1.3含铬及染料工业废水处理现状

1.2钢渣在环境污染治理中的资源化利用

1.2.1钢渣的来源及矿物组成

1.2.2以钢渣为吸附剂去除环境污染物

1.2.3钢渣作为环境治理材料的生态风险性评价

1.3课题的提出及意义

1.3.1选题思路

1.3.2研究内容

1.3.3研究意义

第2章实验材料和方法

2.1实验材料

2.1.1钢渣

2.1.2实验试剂

2.2实验方法

2.2.1钢渣对含铬废水的静态吸附实验

2.2.2钢渣对含铬废水的动态吸附实验

2.2.3钢渣对染料废水的吸附实验

2.3分析方法

2.4数据分析方法

2.4.1静态吸附计算

2.4.2吸附动力学模型

2.4.3等温吸附模型

2.4.4动态吸附模型

第3章钢渣的化学组成与表面特征

3.1钢渣的比表面积、孔隙度

3.2钢渣的化学组成

3.3钢渣的表面特征

3.4钢渣的浸出液分析

第4章钢渣对含铬废水的吸附特性

4.1钢渣对含铬废水的静态吸附实验研究

4.1.1钢渣对含铬废水的吸附效果

4.1.2影响钢渣对含铬废水吸附的因素

4.1.3钢渣吸附Cr(Ⅲ)的动力学研究

4.1.4 Cr(Ⅲ)在钢渣表面上的赋存形态

4.2钢渣对含铬废水的动态吸附研究

4.2.1柱高对铡渣吸附Cr(Ⅲ)的影响

4.2.2初始浓度对钢渣吸附Cr(Ⅲ)的影响

4.2.3溶液流量对钢渣吸附Cr(Ⅲ)的影响

4.2.4 Thomas模型的应用

4.3小结

第5章钢渣吸附处理染料废水

5.1钢渣对刚果红吸附实验的结果与讨论

5.1.1钢渣对阴离子染料刚果红的吸附

5.1.2影响钢渣对刚果红染料废水吸附的因素

5.1.3钢渣吸附刚果红动力学研究

5.1.4钢渣吸附刚果红的热力学研究

5.2钢渣吸附刚果红、孔雀石绿、亚甲基蓝三种染料的比较研究

5.2.1钢渣吸附刚果红、孔雀石绿、亚甲基蓝三种染料的结果与讨论

5.2.2红外光谱分析

5.2.3扫描电镜图片

5.3小结

第6章结论与建议

6.1结论

6.2不足与建议

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果