基于粉煤灰磁珠的吸附剂制备及铜吸附研究

摘要

近年来，伴随着国民经济的迅速发展，我国的生态环境受到巨大冲击，环境污染和资源匮乏成为制约我国经济社会可持续发展的重要制约因素。将工业副产物无害化和资源化利用是解决这一难题的关键所在。煤炭是我国的主要能源，燃煤产生的粉煤灰产量巨大，囤积量与日俱增。当前，我国粉煤灰利用率不足70％，且多为简单低附加值利用，因此研究粉煤灰的高效、高值利用意义重大。本论文围绕粉煤灰中的磁性微珠的改性和精细化利用开展研究。
　　水体中重金属离子污染问题日益严重。本文针对污水治理中铜离子污水处理问题，精细化利用粉煤灰特有矿产资源——粉煤灰磁珠，通过对其采用材料改性手段，制备出具有铜离子吸附能力的磁珠吸附剂，并对该吸附剂的微观形貌、物相组成、铁磁性能、铜离子吸附性能进行研究。具体工作如下:
　　1.粉煤灰磁珠的分离分选主要采用磁选管湿法分选工艺从粉煤灰原料中分离出具有磁性的粉煤灰磁珠;并通过设置该分选工艺中三种不同的分选磁场强度(100mT、200mT、300mT)，对粉煤灰进行精细磁选，以期实现按不同磁性对粉煤灰磁珠精细分选的目的。
　　2.针对粉煤灰磁珠矿物组分含有铝硅酸盐矿物的特点，采用NaOH水溶液碱改性粉煤灰磁珠，增加磁珠的比表面积，成功制备多孔磁珠吸附剂。为优化磁珠吸附剂的制备工艺，考虑工艺中磁珠的磁选强度、碱液浓度、搅拌速度等因素设计正交试验，以期寻求最佳制备条件;并对最佳制备条件下制备的磁珠吸附剂的微观形貌、物相组成、铁磁性能、铜离子吸附性能进行研究。其中正交试验结果表明，最佳磁珠制备条件为粉煤灰磁珠分选磁场强度为300mT、改性碱液浓度为3mol/L、搅拌速度200r/min;而材料性能表征结果显示，粉煤灰磁珠吸附剂具有多孔结构，具备铁磁性材料典型的磁滞回线，铜离子吸附量约14.58mg/g。
　　3.为提高粉煤灰磁珠对重金属离子吸附性能，选取天然高分子材料壳聚糖为重金属离子复合材料吸附剂，粉煤灰磁珠为磁核，采用凝固凝结法与反相悬浮法制备出两种不同的壳聚糖-粉煤灰磁珠复合材料吸附剂，并对两种复合吸附剂采用SEM、XRD、VSM、IR、UV-vis分光光度计等材料分析手段进行材料性能的表征。表征结果表明:凝固凝结法制备的壳聚糖-磁珠复合材料是一种粒径均匀且表面具有-NH2、-OH官能团的微球颗粒;其主要物相组成有镁铁矿、磁铁矿、石英、壳聚糖;吸附剂具有铁磁性材料典型的磁滞回线;铜离子吸附量约27.98mg/g。而反相悬浮法制备的壳聚糖-磁珠复合材料吸附剂具有磁珠-壳聚糖的核-壳结构，颗粒表面具有-NH2、-OH官能团;其主要矿物相为镁铁矿、磁铁矿、石英、壳聚糖，因此具有铁磁性材料典型的磁滞回线;铜离子吸附量约46.46mg/g。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 粉煤灰综合利用

1．2 粉煤灰磁珠资源化

1．2．1 粉煤灰磁珠

1．2．2 磁珠在重介质选煤中的应用

1．2．3 磁珠在水处理领域的应用

1．2．4 磁珠在其他方面的应用

1．3 铜离子污水处理研究现状

1．3．1 化学沉淀法除铜技术

1．3．2 物理化学法除铜技术

1．3．3 生物除铜技术

1．4 选题依据

1．5 主要研究内容及意义

1．5．1 主要研究内容

1．5．2 研究意义

第2章 多孔磁珠吸附剂制备及性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验仪器设备

2．2．3 分步磁选法磁选粉煤灰磁珠

2．2．4 多孔粉煤灰磁珠的制备

2．2．5 测试表征

2．2．6 铜离子浓度标准曲线

2．2．7 磁珠吸附剂铜离子吸附试验及检测

2．3 结果与讨论

2．3．1 测绘铜离子浓度标准曲线

2．3．2 磁珠吸附剂制备工艺优化的方差分析

2．3．3 最优磁珠吸附剂的制备及铜离子吸附量

2．3．4 最优磁珠吸附剂的微观形貌

2．3．5 最优磁珠吸附剂物相分析

2．3．6 磁珠吸附剂的铁磁性能

2．4 本章小结

第3章 凝固凝结法制备磁珠-壳聚糖吸附剂

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料

3．2．2 主要仪器设备

3．2．3 湿法分选粉煤灰磁珠

3．2．4 磁珠-壳聚糖吸附剂的制备

3．2．5 测试表征

3．2．6 铜离子浓度标准曲线

3．2．7 磁珠-壳聚糖吸附剂铜离子吸附试验

3．3 结果与讨论

3．3．1 磁珠-壳聚糖吸附剂的微观形貌

3．3．2 磁珠-壳聚糖吸附剂的物相分析

3．3．3 磁珠-壳聚糖吸附剂的红外图谱分析

3．3．4 磁珠-壳聚糖吸附剂的铁磁性能分析

3．3．5 磁珠-壳聚糖吸附剂的铜离子吸附性能分析

3．4 本章小结

第4章 反相悬浮法制备磁珠-壳聚糖吸附剂

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料

4．2．2 主要仪器设备

4．2．3 湿法分选粉煤灰磁珠

4．2．4 磁珠-壳聚糖吸附剂的制备

4．2．5 测试表征

4．2．6 铜离子浓度标准曲线

4．2．7 磁珠-壳聚糖吸附剂吸附铜离子实验

4．3 结果与讨论

4．3．1 磁珠-壳聚糖吸附剂的微观形貌

4．3．2 磁珠-壳聚糖吸附剂的物相分析

4．3．3 磁珠-壳聚糖吸附剂的红外图谱分析

4．3．4 磁珠-壳聚糖吸附剂的铁磁性能分析

4．3．5 磁珠-壳聚糖吸附剂的铜离子吸附性能分析

4．4 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

读研期间主要科研成果