羟基氧化铁复合物去除饮用水中铁锰试验研究

摘要

地下水作为水资源的重要组成部分，因其较强的贮存能力以及稳定的供水条件成为我国较多城市饮用水的重要来源。我国地下水饮用水水源地有1817个，占城镇饮用水水源地的38％左右。然而由于地质条件和人类生产生活的影响，我国地下水水质不容乐观，其中铁、锰为主要的超标指标。高铁锰地下水给人类生活和工农业生产带来不便，甚至严重危害。因此发展简便而有效的地下水除铁除锰工艺成为了社会各类研究学者关注的焦点。
　　常用的地下水除铁除锰的技术方法有氧化法（自然氧化法、接触氧化法、化学氧化法和生物氧化法）、离子交换法和吸附法等。其中吸附法因吸附剂种类多、适应范围广、操作简便、吸附材料便于回收不会引起二次污染等优点成为水处理工艺中最常用的方法之一。因而选择经济、高效、应用性强的吸附剂是吸附法应用的关键。
　　本文首先分别选用活性炭、玉米秸秆、沸石和凹凸棒土四种吸附剂作为载体负载羟基氧化铁制备复合吸附剂，通过对比分析负载前后对水中铁锰的去除效果，确定石负载羟基氧化铁作为吸附剂去除水中铁锰效果最佳;然后通过调节OH-与Fe3+的摩尔比（碱比）制备不同碱比条件下的羟基氧化铁复合物，对比分析其对水中铁锰的去除效果，优选出碱比为4∶1时制备的沸石负载羟基氧化铁对水中铁锰去除效果最佳，并通过扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)和比表面积分析对其进行表征;再通过静态吸附实验设计分析复合吸附剂去除水中铁锰的影响因素，找出最佳吸附条件，并在此基础上进行吸附等温线以及吸附动力学研究。本论文主要研究结果表明:
　　(1)通过对沸石负载羟基氧化铁前后的扫描电镜、X-射线衍射和比表面积的对比分析，发现沸石负载羟基氧化铁可能有新的晶体产生，沸石负载羟基氧化铁复合物层状结构更加明显，比表面积增大，有利于污染物的去除。
　　(2)沸石负载羟基氧化铁投加量为0.3g，pH值为7.5,吸附反应时间为4h时，Fe2+、Mn2+的去除率分别为100％、99.49％，剩余Fe2+、Mn2+的浓度均能达到我国生活饮用水卫生标准要求。通过对投加量、pH值和吸附时间进行三因素三水平正交实验，三种因素对沸石负载羟基氧化铁除锰效果影响力大小为投加量＞吸附时间＞pH值。
　　(3)通过对沸石负载羟基氧化铁吸附Fe2+、Mn2+的吸附等温线研究，确定Langmuir方程能更好的拟合沸石负载羟基氧化铁对Fe2+、Mn2+的吸附过程。沸石负载羟基氧化铁对Fe2+、Mn2+的最大吸附饱和量分别为8.18mg/g和2.69mg/g。
　　(4)沸石负载羟基氧化铁吸附FC+、Mn2+的吸附动力学过程均符合准二级动力学。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 我国地下水资源概况及污染现状

1．2 高铁锰地下水的危害

1．2．1 饮用水的水质标准

1．2．2 水中过量铁、锰对人类健康的危害

1．2．3 水中过量铁、锰对人类生产生活的影响

1．3 地下水铁锰的来源与存在形式

1．3．1 地下水中铁的来源与存在形式

1．3．2 地下水中锰的来源与存在形式

1．3．3 地下水中铁锰的共存

1．4 我国高铁锰地下水的分布

1．5 国内外去除饮用水中铁锰的研究现状

1．5．1 自然氧化法

1．5．2 接触氧化法

1．5．3 化学氧化法

1．5．4 生物氧化法

1．5．5 离子交换法

1．5．6 吸附法

1．6 羟基氧化铁的性质及研究现状

1．6．1 羟基氧化铁的性质

1．6．2 羟基氧化铁的催化作用

1．6．3 羟基氧化铁的吸附作用及其负载研究

1．7 研究目的和意义

1．8 研究内容和技术路线

1．8．1 研究内容

1．8．2 技术路线

第2章 试验设计与方法

2．1 试验试剂和设备

2．1．1 试验水质

2．1．2 试验材料

2．1．3 试验化学试剂

2．1．4 试验设备

2．2 测定方法及标准曲线的绘制

2．2．1 火焰原子吸收法测定铁和锰

2．2．2 铁标准曲线的绘制

2．2．3 锰标准曲线的绘制

2．3 吸附材料的预处理及其负载羟基氧化铁的制备

2．3．1 羟基氧化铁的制备

2．3．2 活性炭负载羟基氧化铁

2．3．3 玉米秸秆的预处理及其负载羟基氧化铁

2．3．4 沸石的预处理及其负载羟基氧化铁

2．3．5 凹凸棒土的预处理及其负载羟基氧化铁

2．4 静态吸附实验

2．5 数据分析方法

2．5．1 去除率

2．5．1 吸附容量

第3章 羟基氧化铁载体的选择及优化

3．1 引言

3．2 四种吸附剂负载羟基氧化铁前后对铁锰的去除效果

3．2．1 活性炭负载羟基氧化铁前后对铁锰的去除效果

3．2．2 玉米秸秆负载羟基氧化铁前后对铁锰的去除效果

3．2．3 沸石负载羟基氧化铁前后对铁锰的去除效果

3．2．4 凹凸棒土负载羟基氧化铁前后对铁锰的去除效果

3．2．5 四种羟基氧化铁复合物除铁除锰效果分析

3．3 不同碱比条件下制备的沸石负载羟基氧化铁对铁锰的去除效果

3．4 沸石负载羟基氧化铁复合物表征分析

3．4．1 SEM分析

3．4．2 X-射线衍射分析

3．4．3 比表面积分析

3．5 本章小结

第4章 沸石负载羟基氧化铁吸附铁锰效果研究

4．1 引言

4．2 沸石负载羟基氧化铁吸附水中Fe2+、Mn2+的影响因素分析

4．2．1 吸附剂投加量对Fe2+、Mn2+吸附效果的影响

4．2．2 吸附时间对Fe2+、Mn2+吸附效果的影响

4．2．3 溶液初始pH值对Fe2+、Mn2+吸附效果的影响

4．2．4 温度对Fe2+、Mn2+吸附效果的影响

4．2．5 溶液中Fe2+、Mn2+的初始浓度对吸附效果的影响

4．2．6 干扰物质对Fe2+、Mn2+吸附效果的影响

4．3 正交实验探讨影响因素分析

4．3．1 正交实验设计

4．3．2 正交实验结果分析

4．4 吸附等温线研究

4．4．1 Langmuir吸附等温方程

4．4．2 Freundlich吸附等温方程

4．4．3 吸附Fe2+等温线拟合

4．4．4 吸附Mn2+等温线拟合

4．4．4 吸附Fe2+、Mn2+等温线拟合结果

4．5 吸附动力学研究

4．5．1 吸附动力学方程

4．5．2 吸附Fe2+的动力学分析

4．5．3 吸附Mn2+的动力学分析

4．6 沸石负载羟基氧化铁处理饮用水中铁锰的安全性评价

4．7 本章小结

结论和建议

致谢

参考文献

附录