微波联合化学改性粉煤灰处理工业废水的研究

摘要

煤炭是我国的主要能源，其燃烧后产生的粉煤灰会带来一系列的问题。大量堆积浪费土地资源，排入江河湖海以及扬尘进入空气会污染环境，且粉煤灰中所包含的有害物质还对人类的身体健康有潜在的危害。但粉煤灰疏松多孔，具有较大的比表面积，尤其是改性之后的粉煤灰，吸附能力会明显提升，将其用于废水中的重金属离子的吸附去除，可达到以废治废的良好效果。 本研究利用微波联合化学方法对粉煤灰进行改性处理后，用做六价铬离子和二价汞离子的吸附剂。首先，选取五种化学试剂联合微波对粉煤灰进行改性，进行同条件下的铬汞吸附试验，筛选出其中改性效果最好的一种做粉煤灰的改性剂。其次，通过一系列单因素及正交试验，研究改性剂浓度、微波温度、微波时间、微波功率等制备条件对改性粉煤灰吸附性能的影响。接着，探究在吸附剂投加量，吸附时间，pH 值等不同吸附条件下改性粉煤灰对铬汞离子的吸附性能。最后，对改性粉煤灰吸附铬汞离子的吸附等温特性和动力学特性进行了研究。 实验结果表明，NaOH是五种改性剂中对粉煤灰改性效果最优，对铬汞离子均表现出最佳的吸附性能。在改性条件的探究中，单因素试验表明了粉煤灰的吸附性能随 NaOH 浓度、微波温度、微波时间、微波功率的增大先上升后下降，通过正交试验得出改性粉煤灰对铬汞离子的吸附量，确定改性粉煤灰的最佳制备条件为：氢氧化钠浓度10%，微波功率700W，微波温度60℃，微波时间10min。改性粉煤灰对六价铬离子和二价汞离子的吸附分别在 60min 和 90min 达到吸附平衡。pH 对改性粉煤灰吸附铬汞离子的影响最为显著。改性粉煤灰在酸性条件下对六价铬离子吸附性能优异，在中性条件下吸附性能最差；改性粉煤灰对二价汞离子的吸附随pH值增加小幅上升，在pH=5时达到最大值，随后大幅度下降。粉煤灰对铬汞离子的吸附量均随改性粉煤灰投加量的增加而下降。用Freundlich吸附等温线和Langmuir吸附等温线对将改性粉煤灰对铬汞离子的吸附过程进行拟合分析表明，Langmuir吸附等温模型对数据的拟合度更高，分别为0.9930和0.9913。利用准一级动力学方程、准二级动力学方程和颗粒内扩散模型来探究改性粉煤灰对两种离子在不同浓度下吸附的动力学特征，结果表明，准一级动力学方程只能描述吸附过程的初始阶段，准二级动力学方程能很好的描述整个吸附过程，颗粒内扩散方程曲线没有经过原点，说明整个吸附过程不仅仅受到颗粒内扩散的作用，还有液膜扩散等其他作用的联合控制。

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第1章 绪论

1.1 粉煤灰概述

1.1.1 粉煤灰的产生途径及危害

1.1.2 粉煤灰的性质

1.1.3 粉煤灰的综合利用

1.1.4 粉煤灰在水处理中的应用

1.1.5 粉煤灰的改性

1.2 Cr6+、Hg2+等重金属废水处理技术现状

1.2.1 铬汞废水的来源及危害

1.2.2 铬汞废水处理技术现状及发展趋势

1.3 研究的目的及意义

1.4 研究的主要内容

第2章 实验材料与研究方法

2.1 实验仪器

2.2 实验试剂

2.2.1 实验材料

2.2.2 实验药品

2.3 实验方法

2.3.1 模拟废水的制备

2.3.2 废水中Cr6+、Hg2+的测定方法

2.3.4 改性粉煤灰的制备

2.3.5 改性粉煤灰的吸附性能

2.3.6 改性粉煤灰的吸附等温特性

2.3.7 改性粉煤灰的动力学特性

2.3.8 吸附量的计算

第3章 微波碱改性粉煤灰的制备及吸附特性的实验研究

3.1 粉煤灰的筛选和改性剂的确定

3.2 氢氧化钠浓度对废水中Cr6+、Hg2+吸附性能的影响

3.3 微波温度对废水中Cr6+、Hg2+吸附性能的影响

3.4 微波时间对废水中Cr6+、Hg2+吸附性能的影响

3.5 微波功率对废水中Cr6+、Hg2+吸附性能的影响

3.6 最佳改性条件的确定

第4章 改性粉煤灰去除模拟废水中Cr6+、Hg2+的研究

4.1 pH对废水中Cr6+、Hg2+吸附性能的影响

4.1.1 pH对废水中Cr6+吸附性能的影响

4.1.2 pH对废水中Hg2+吸附性能的影响

4.2 吸附剂投加量对废水中Cr6+、Hg2+吸附性能的影响

4.2.1 吸附剂投加量对废水中Cr6+吸附性能的影响

4.2.2 吸附剂投加量对废水中Hg2+吸附性能的影响

4.3 吸附时间对废水中Cr6+、Hg2+吸附性能的影响

4.3.1 吸附时间对废水中Cr6+吸附性能的影响

4.3.2 吸附时间对废水中Hg2+吸附性能的影响

第5章 改性粉煤灰对Cr6+、Hg2+的吸附等温特性和动力学特征

5.1 改性粉煤灰对Cr6+、Hg2+的吸附等温特性

5.1.1 微波碱改性粉煤灰对Cr6+的吸附等温特性

5.1.2 微波碱改性粉煤灰对Hg2+的吸附等温特性

5.2 改性粉煤灰对Cr6+、Hg2+的动力学特征

5.2.1 微波碱改性粉煤灰对Cr6+的吸附动力学特性

5.2.2 微波碱改性粉煤灰对Hg2+的吸附动力学特性

第6章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢