锆改性颗粒活性氧化铝饮用水除氟研究

摘要

本文以提高颗粒活性氧化铝的吸附量和扩大其pH适用范围为主要目标，研究了ZrOCl2·8H2O对颗粒活性氧化铝（GAA）的改性和改性后吸附剂Zr-GAA的吸附性能，并探讨了粒径对Zr-GAA吸附性能的影响。
　　以氧氯化锆溶液为改性液，改性液中锆浓度为改性浓度，探讨改性浓度、改性时间、固液比对Zr-GAA吸附量的影响。结果发现，改性浓度为2.0g/L、改性时间为12h、固液比为1∶20是最优的改性条件。Zr-GAA在平衡浓度为1.0mg/L时的吸附量为3.50mg/g，是GAA的2.69倍;由ICP分析可得，锆的负载量为32.58mg/gGAA。
　　通过间歇实验探讨了接触时间、投加量、pH、初始氟浓度、共存离子等因素对Zr-GAA吸附性能的影响，并对吸附过程的动力学、吸附等温线和控制步骤进行了分析。结果表明:Zr-GAA对F-的吸附主要发生在前60min，在180min时趋于稳定，吸附速率比GAA提高了至少25％;要使初始氟浓度为5.15mg/L溶液中氟的浓度降到1.0mg/L以下，GAA的投加量需为Zr-GAA的4倍，Zr-GAA的吸附量有了很大的提高，尤其是在处理低浓度含氟水时更有优势;初始pH为4.5～9.7的溶液，经Zr-GAA处理后仍符合饮用水对pH的要求，而GAA的范围为4.5～7.8，Zr-GAA适用范围更广;SO42-、HCO3-对Zr-GAA的吸附具有抑制作用。Zr-GAA对F-的吸附符合拟二级动力学方程、Langmuir和D-R吸附等温线模型，液膜扩散过程为控制步骤。
　　通过连续实验探讨了Zr-GAA填充高度对吸附柱穿透时间的影响，并通过分析得到单位体积Zr-GAA的吸附量。结果表明:Zr-GAA填料越高，穿透时间越长，对F-的吸附量和去除率越大。Zr-GAA填充高度为25.4cm时，穿透时间为196h，对F-的吸附量是2.80mg/g，去除率是97.68％。经Bohart-Adams模型分析可知，Zr-GAA对F-的吸附量为45.45mg/L。
　　对比0.513、0.338、0.178mm三种粒径的Zr-GAA的吸附性能发现，随着粒径的减小，吸附速率、吸附量、扩散系数均逐渐增大;吸附位能E值也与粒径有关，粒径越小，E值越大，化学吸附越明显。
　　经本文分析可知，Zr-GAA的除氟性能优良，而且在吸附量和pH适用范围两方面的改善十分明显，其具有很好的实际应用性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 氟的性质及危害

1．1．1 氟的性质及水体中氟的来源

1．1．2 氟的危害

1．2 活性氧化铝污水除氟相关研究

1．2．1 活性氧化铝的性质

1．2．2 活性氧化铝污水除氟相关研究进展

1．3 锆的性质及应用

1．3．1 锆的来源及性质

1．3．2 含锆吸附剂的应用

1．4 吸附等温线模型

1．4．1 Langmuir等温线模型

1．4．2 Freundlich等温线模型

1．4．3 Dubinin-Radushkevich等温线模型

1．5 常用固定床动力学模型

1．5．1 Bohart-Adams模型

1．5．2 Thomas模型

1．5．3 Yoon-Nelson模型

1．6 论文的研究背景及内容

1．6．1 论文的研究背景

1．6．2 论文的研究内容

第二章 Zr-GAA的制备条件优化

2．1 实验材料

2．1．1 实验试剂

2．1．2 实验仪器

2．1．3 溶液的配制

2．2 GAA的预处理

2．3 Zr-GAA的制备

2．4 Zr-GAA的改性条件优化

2．4．1 改性浓度的优化

2．4．2 改性时间的优化

2．4．3 固液比的优化

2．5 分析方法

2．5．1 F-浓度的测定

2．5．2 吸附量的计算

2．6 Zr-GAA的表征

2．6．1 XRD分析

2．6．2 EDS分析

2．6．3 ICP-MS分析

2．6．4 pHpzc分析

2．7 结果与讨论

2．7．1 改性浓度对Zr-GAA的吸附性能影响

2．7．2 改性时间对Zr-GAA的吸附性能影响

2．7．3 固液比对Zr-GAA的吸附性能影响

2．7．4 Zr-GAA的表征

2．8 Zr-GAA的成本计算

2．9 本章小结

第三章 间歇实验评价Zr-GAA除氟的性能

3．1 实验材料

3．1．1 实验试剂

3．1．2 实验仪器

3．1．3 溶液的配制

3．2 间歇实验

3．3 结果与讨论

3．3．1 接触时间的影响

3．3．2 投加量的影响

3．3．3 pH的影响

3．3．4 初始氟浓度的影响

3．3．5 共存离子影响

3．3．6 自来水配制溶液的影响

3．4 机理分析

3．4．1 吸附动力学分析

3．4．2 吸附等温线

3．4．3 控制步骤分析

3．5 本章小结

第四章 连续实验评价Zr-GAA除氟的性能

4．1 实验材料与仪器

4．1．1 实验材料

4．1．2 实验仪器

4．2 连续实验装置及过程

4．3 结果与讨论

4．3．1 Zr-GAA填充高度对穿透时间的影响

4．3．2 连续实验的相关计算

4．3．3 固定床动力学模型的应用

4．4 本章小结

第五章 粒径对Zr-GAA的吸附性能影响

5．1 不同粒径Zr-GAA的制备

5．1．1 GAA的预处理

5．1．2 不同粒径Zr-GAA的制备

5．2 间歇实验

5．3 粒径对吸附速率的影响

5．3．1 三种粒径的Zr-GAA的吸附速率曲线

5．3．2 三种粒径的Zr-GAA的吸附动力学研究

5．4 粒径对控制步骤的影响

5．5 粒径对吸附平衡的影响

5．5．1 初始浓度对不同粒径Zr-GAA的吸附量影响

5．5．2 吸附等温线研究

5．6 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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