赤泥颗粒吸附剂的制备及其对重金属的去除研究

摘要

针对赤泥产生量大、污染重且在工业化中难以广泛应用的问题，本论文以联合法粉末赤泥为主要原料，通过添加少量的粘土为胶黏剂、煤粉为致孔剂，利用烧结法在低温度短时间条件下制备了赤泥颗粒吸附剂，并对制备工艺进行了研究与优化。运用现代化分析检测手段，如SEM、XRD、差热分析、氮吸附、红外光谱及Zeta电位，测定了赤泥颗粒吸附剂的物理化学特征，并在此基础上探讨了其对模拟废水中Cu2+、Cd2+和Pb2+重金属的吸附机制。本论文主要包括以下三个部分:
　　 (1)以对铜离子的吸附量和抗粉化率为指标，通过单因素实验和正交实验筛出了赤泥颗粒吸附剂的最佳制备条件为:原料质量比:85∶10∶5，烧结温度为400℃，烧结时间为20min。此条件下制备的吸附剂-85％(赤泥、粘土和煤粉的质量比为85∶10∶5的赤泥颗粒吸附剂)对Cu2+的吸附量为1.89mg/g，抗粉化率为96.10％。表征结果表明，吸附剂-85％主要为介孔结构;制备的吸附剂中含有较多的利于吸附的化学成分，且表面带负电，这有利于其与废水中的重金属发生反应。
　　 (2)吸附剂-85％对含Cu2+模拟废水的处理结果表明，反应体系温度及初始pH对Cu2+吸附效果均有一定的影响。随着反应体系温度的升高，Cu2+的去除率逐渐升高且达到平衡所需时间缩短。升高初始pH对Cu2+的去除有利，当初始pH小于2时，Cu2+的去除主要为吸附反应;当初始pH大于3时，大部分的Cu2+将以Cu(OH)2沉淀的形式去除。动力学研究表明，吸附剂-85％对Cu2+的去除符合伪二级动力学方方程。
　　 (3)静态吸附试验表明，吸附剂-85％对水中Cd2+和Pb2+等重金属离子有较好的去除率。在单一体系中，Cd2+和Pb2+的去除率随反应温度的升高不断升高，最大去除率分别为99.7％和100％。在竞争吸附体系中，竞争吸附干扰使得Cd2+的去除率降低了14％，Pb2+的去除率基本不变，吸附剂对重金属的吸附选择顺序为Pb2+＞Cd2+。机理讨论结果表明，不同温度和不同吸附时间下，吸附剂-85％对Cd2+和Pb2+的吸附过程均符合伪二级动力学模型(R2＞0.999);Cd2+和Pb2+的去除主要依靠羟基铁的表面吸附机制和静电引力。
　　 以上结果表明，利用联合法粉末状赤泥可以制备出对重金属吸附效果较好的颗粒吸附剂，并且其可以作为一种高效、经济和可行的吸附剂应用于重金属废水处理，从而实现赤泥的资源化、减量化和无害化。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 赤泥的产生及危害

1．3 赤泥处理处置现状

1．3．1 赤泥传统处置技术

1．3．2 赤泥的资源化利用

1．4 赤泥制备吸附剂的研究现状

1．4．1 赤泥制备吸附剂的方法

1．4．2 粉末状赤泥吸附剂国内外研究现状

1．4．3 颗粒状赤泥吸附剂国内外研究现状

1．5 重金属废水的处理现状

1．5．1 化学法

1．5．2 生物法

1．5．3 物理法

1．6 本研究的目的、意义和内容

1．6．1 研究目的和意义

1．6．2 研究的主要内容和创新之处

第二章 实验材料和方法

2．1 实验材料

2．1．1 实验仪器和试剂

2．1．2 原料

2．2 实验方法

2．2．1 赤泥颗粒吸附剂的配方设计

2．2．2 赤泥颗粒吸附剂的制备

2．2．3 表征方法

2．2．4 抗粉化率的测定

2．2．5 赤泥颗粒吸附剂对重金属的静态吸附实验

2．2．6 重金属废水的吸附动力学实验模型

第三章 赤泥颗粒吸附剂的制备及其表征

3．1 原料的热失重热分析

3．2 赤泥颗粒吸附剂制备工艺的单因素实验

3．2．1 烧结温度对材料性能的影响

3．2．2 烧结时间对材料性能的影响

3．3 赤泥颗粒吸附剂制备工艺的优化

3．4 不同赤泥颗粒吸附剂的常规物化特征对比

3．4．1 X射线衍射分析

3．4．2 能谱分析

3．4．3 其他性能分析

3．5 吸附剂-85％的表征

3．5．1 孔径分布

3．5．2 红外光谱

3．5．3 表面形态

3．5．4 X射线衍射分析

3．5．5 Zeta电位

3．6 小结

第四章 赤泥颗粒吸附剂对Cu2+的静态吸附研究

4．1 温度对Cu2+吸附效果的影响

4．2 初始pH对Cu2+吸附效果的影响

4．3 动力学研究

4．4 小结

第五章 赤泥颗粒吸附剂对Cd2+和Pb2+吸附性能研究

5．1 吸附剂-85％对Cd2+的吸附特性

5．1．1 温度对Cd2+吸附效果的影响

5．1．2 吸附剂-85％吸附Cd2+的机理

5．1．3 吸附剂-85％吸附Cd2+的动力学研究

5．2 吸附剂-85％对Pb2+的吸附特性

5．2．1 温度对Pb2+吸附效果的影响

5．2．2 吸附剂-85％吸附Pb2+的机理

5．2．3 吸附剂-85％吸附Pb2+的动力学研究

5．3 Cd2+和Pb2+在吸附剂-85％上的竞争吸附

5．3．1 温度对Cd2+和Pb2+竞争吸附效果的影响

5．3．2 单一吸附与竞争吸附的比较

5．4 小结

第六章 结论和总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文