铁盐改性石英砂的制备及其去除重金属性能研究

摘要

石英砂是水处理中应用最广泛的滤料，用石英砂处理废水具有操作简便、处理成本低等优点。但由于石英砂本身的局限性，如比表面积小、孔隙率底等，对重金属离子、溶解有机物等去除作用很小。采用改性剂进行高温加热或碱性沉积涂于石英砂表面，可以改变石英砂表面的特性，提高水处理效果。
　　 本研究将三氯化铁、硝酸铁作为改性剂，石英砂作为载体，采用高温加热和碱性沉积的方法制备了氯化铁改性石英砂和硝酸铁改性石英砂两种改性滤料。采用比表面积测定仪、扫描电子显微镜、XRD等分析手段，对改性石英砂滤料表面的特性进行表征和分析。
　　 通过分析，与石英砂相比，氯化铁改性砂、硝酸铁改性砂的比表面积分别为2.468 m2/g和4.247 m2/g，比石英原砂比表面积分别提高了7.910和13.612倍。通过电镜扫描图片，可以清晰的观察到，经过改性以后的石英砂表面的孔隙率等远大于未改性过的石英砂。经XRD分析鉴定，两种涂铁改性石英砂的表面主要是赤铁矿(Fe2O3)。
　　 利用制备好的两种铁盐改性石英砂对Zn2+、Pb2+、Cu2+三种重金属离子进行吸附试验，考察了两种铁盐改性石英砂对三种重金属离子吸附性能及影响因素。结果表明，两种铁盐改性石英砂对Zn2+、pb2+、Cu2+三种重金属离子的吸附去除能力均优于未改性的石英砂。两种改性石英砂吸附Zn2+的平衡时间约为5小时，而Pb2+和Cu2+的吸附平衡时间则分别为4小时和3小时左右。随着吸附浓度的增加，吸附去除率下降，但吸附容量却有所上升。pH值是影响改性砂吸附去除重金属离子最大的影响因素。吸附Zn2+的最佳pH值约为9，对Zn2+的去除率均在90％左右。吸附去除pb2+最佳pH约为7.0，氯化铁改性石英砂和硝酸铁改性石英砂对pb2+的去除率分别为91％和86％。吸附Cu2+的最佳pH值约为6.0，氯化铁改性石英砂和硝酸铁改性石英砂对Cu2+的去除率分别为90％和85％。
　　 利用制备好的两种改性石英砂，对电镀镀锌废水进行了动态试验研究。结果表明，当pH为9时，两种铁盐改性石英砂在前6个小时的过滤时间中对镀锌废水中锌离子的去除率一直保持在85％以上。
　　 采用Langmuir吸附等温式对吸附平衡数据进行了分析，两种改性石英砂对三种重金属离子的吸附都能较好的符合Langmuir吸附吸附模型。采用准一级和准二级固液相吸附动力模型分析，表明准二级动力学模型能更好的描述吸附过程。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 引言

1.1课题研究的背景

1.2本论文研究的目的、内容

1.2.1 论文研究目的

1.2.2 主要研究内容

第二章文献综述

2.1 重金属废水的来源及危害

2.1.1 重金属废水的来源

2.1.2重金属废水的危害

2.1.3重金属废水污染的特点

2.2重金属废水处理技术

2.2.1 中和沉淀法

2.2.2硫化物沉淀法

2.2.3铁氧体共沉淀法

2.2.4高分子重金属捕集剂法

2.2.5 离子交换法

2.2.6膜分离法

2.2.7生物吸附法

2.2.8植物修复法

2.2.9吸附法

2.3 国内外改性滤料研究现状

第三章试验部分

3.1试验材料和试剂

3.2试验仪器

3.3材料处理与溶液配置

3.3.1石英砂

3.3.2重金属废水

3.3.3 其它溶液

3.4试验方法

3.4.1 时间对吸附效果的影响

3.4.2铁盐改性石英砂投加量对吸附效果的影响

3.4.3 溶液pH值对吸附效果的影响

3.4.4溶液初始浓度对吸附效果的影响

3.4.5吸附等温线

3.4.6吸附动力学

第四章 改性滤料的制备和物化性质的测定

4.1 改性滤料的制备

4.1.1 改性剂的选择

4.1.2 改性载体的选择

4.1.3 石英砂涂层前的表面预处理

4.1.4改性滤料的制备

4.2 比表面积的测定

4.3 采用扫描电镜进行表面分析

4.4采用X射线衍射(XRD)进行表面结构分析

第五章 铁盐改性石英砂吸附锌的结果与讨论

5.1 吸附时间的影响

5.2 Zn2+离子浓度对吸附的影响

5.3改性石英砂投加量对吸附的影响

5.4溶液pH值对吸附的影响

5.5吸附等温线

5.6吸附动力学

5.7本章小结

第六章 铁盐改性石英砂吸附铅的结果与讨论

6.1 吸附时间的影响

6.2 Pb2+离子浓度对吸附的影响

6.3改性石英砂投加量对吸附的影响

6.4溶液pH值对吸附的影响

6.5吸附等温线

6.5.1 氯化铁改性石英砂吸附等温线

6.5.2 硝酸铁改性石英砂吸附等温线

6.6吸附动力学

6.6.1 氯化铁改性石英砂吸附动力学

6.6.2 硝酸铁改性石英砂吸附动力学

6.7本章小结

第七章 铁盐改性石英砂吸附铜的结果与讨论

7.1 吸附时间的影响

7.2 Cu2+离子浓度对吸附的影响

7.3 改性石英砂投加量对吸附的影响

7.4溶液pH值对吸附的影响

7.5吸附等温线

7.5.1 氯化铁改性石英砂吸附等温线

7.5.2硝酸铁改性石英砂吸附等温线

7.6吸附动力学

7.6.1 氯化铁改性石英砂吸附动力学

7.6.2硝酸铁改性石英砂吸附动力学

7.7本章小结

第八章 去除电镀废水中Zn2+的试验

8.1 试验装置

8.2试验方法

8.3试验结果

第九章结论与建议

9.1 结论

9.2 建议

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果