保护气氛下黄铁矿快速热分解及其对重金属的固定作用

摘要

N2气氛下普通黄铁矿(Py)和胶状黄铁矿(CPy)在管式炉和马弗炉中都可以实现热分解。温度达到650℃时黄铁矿分解生成单斜磁黄铁矿(MPyr)和胶状单斜磁黄铁矿(CMPyr)，磁化率达到较高水平。
　　宏观实验结果表明MPyr去除Eu(Ⅲ)与离子强度无关，表明吸附过程主要靠内表面络合作用。准二级动力学模型可以很好地拟合动力学吸附过程(R2＞0.999)。从朗格缪尔吸附模型结果可得MPyr在pH5.0和293K条件下对Eu(Ⅲ)的最高吸附量达10.03mg·g-1。从热力学参数可知MPyr吸附Eu(Ⅲ)是一个自发且吸热的过程。分析XPS结果发现在酸性和碱性条件下MPyr吸附Eu(Ⅲ)主要靠离子交换和内表面络合作用。
　　在pH2～6的无氧水溶液中MPyr和CMPyr除Cd(Ⅱ)效率较高，除Cd(Ⅱ)效率受pH影响较小;CMPyr表面氧化会抑制其与Cd(Ⅱ)的反应。MPyr和CMPyr除Cd(Ⅱ)动力学可用准二级动力学模型拟合。结合溶液pH变化趋势、Fe(Ⅱ)和SO42-浓度变化推测，MPyr和CMPyr除Cd(Ⅱ)机理主要是Fe1-xS和CdS溶度积差异推动下与Cd(Ⅱ)交换反应，表面络合属于次要作用。
　　pH2.0～6.0时，离子强度由0.001增至0.1mol·L-1Py和MPyr去除U(Ⅵ)效率降低。pH4.0和333K条件下朗格缪尔模型算得Py和MPyr对U(Ⅵ)最大吸附量分别是10.20和21.34mg·g-1。XPS结果表明反应20天部分MPyr将U(Ⅵ)还原成U(Ⅳ)，而Py还原能力较弱。XANES分析得MPyr表面主要存在UIVO2(s)和UVIO22+。EXAFS分析显示MPyr表面存在U-S键，吸附U(Ⅵ)主要靠内表面络合。表面络合模型显示pH＜4时是外面络合，pH＞5时是内表面络合。
　　Fe1-xS可作为沉淀剂、吸附剂和还原剂的特点能在各种条件下去除水中的重金属，既廉价又高效。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 我国水环境现状

1．2 重金属污染

1．2．1 镉污染

1．2．2 铕污染

1．2．3 铀污染

1．3 重金属处理

1．3．1 物理法

1．3．2 化学法

1．3．3 生物法

1．4 黄铁矿

1．4．1 黄铁矿简介

1．4．2 黄铁矿环境保护方面应用

1．5 磁黄铁矿

1．5．1 磁黄铁矿简介

1．5．2 磁黄铁矿环境保护方面应用

1．6 实验内容

1．7 实验目的及意义

第二章 黄铁矿快速分解热结构演化

2．1 实验材料及方法

2．2 结果与讨论

2．2．1 XRD分析结果

2．2．2 磁化率分析结果

2．3 小结

第三章 黄铁矿热活化产物去除水中Eu(Ⅲ)

3．1 实验过程

3．1．1 磁黄铁矿合成及表征

3．1．2 吸附实验

3．2 结果与讨论

3．2．1 样品表征

3．2．2 吸附动力学

3．2．3 pH和离子强度影响

3．2．4 吸附等温线

3．2．5 热力学参数

3．2．6 XPS分析

3．3 小结

第四章 两种黄铁矿热活化产物除Cd(Ⅱ)效果对比

4．1 实验材料和方法

4．2 实验结果

4．2．1 样品表征分析

4．2．2 不同pH条件下两种磁黄铁矿除镉效果对比

4．2．3 除镉动力学和机理

4．3 小结

第五章 黄铁矿与其热活化产物去除水中U(Ⅵ)对比实验

5．1 实验过程

5．1．1 材料及表征

5．1．2 去除实验

5．2 结果与讨论

5．2．1 样品表征

5．2．2 动力学实验

5．2．3 固液比实验

5．2．4 pH和离子强度影响

5．2．5 去除容量

5．2．6 XPS分析

5．2．7 XANES和EXAFS分析

5．2．8 模型分析

5．3 小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

研究生期间主要研究成果