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火山岩去除水体砷污染试验研究

火山岩去除水体砷污染试验研究

作     者:张得印 

作者单位:武汉理工大学 

学位级别:硕士

导师姓名:黄永炳

授予年度:2019年

学科分类:083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程(可授工学、理学、农学学位)] 08[工学] 

主      题:火山岩 改性  影响因素 机理 

摘      要:火山岩在自然界中广泛存在,目前,火山岩主要应用于环保建材和水处理滤料。本课题利用火山岩作为吸附剂,用于水体砷污染的修复,对比了7种改性方法的优劣,确定使用硫酸-煅烧法对火山岩进行联合改性,考察了溶液pH、投加量、温度、共存离子对火山岩水体除砷的影响,进行吸附等温线和吸附动力学研究,并对改性火山岩的再生效果进行探讨,最后采用X射线荧光(XRF)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积测试(BET)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)对改性前后的火山岩进行表征。主要得出以下结论:(1)盐酸溶液、氢氧化钠溶液和聚丙烯溶液改性的火山岩除砷能力降低,CTAC溶液改性的火山岩对砷(III)的吸附能力有所上升,经硫酸溶液、三氯化铁溶液、硫酸亚铁溶液改性的火山岩除砷效果大幅度上升。确定硫酸-煅烧联合改性为最终的改性方法,改性过程中硫酸溶液浓度应选择适中的1.0 mol/L,煅烧温度选择300℃,硫酸-煅烧联合改性的火山岩对砷(III)和砷(V)的去除效果均可达到90%以上,相对于天然火山岩对砷的去除率提高了20%。(2)天然火山岩对砷的去除效果不高,经硫酸-煅烧改性后的火山岩除砷效果大幅度上升,pH为6时吸附效果最好;去除率随溶液温度和火山岩投加量增加而增加,能消耗水体OH的离子能促进火山岩除砷过程,PO对吸附过程有明显的抑制作用,由Langmuir等温方程计算得到改性火山岩对砷(III)和砷(V)的最大吸附量分别为5968.01μg/g和6395.50μg/g,比未改性火山岩的最大吸附量提高了约50倍。吸附过程更符合Lagergren准二级动力学模型。(3)对9种再生方法的效果进行比较,碳酸钠溶液和超纯水对改性火山岩再生起到的作用很小,均在10%以下;氢氧化钠溶液、盐酸溶液、EDTA溶液、醋酸溶液和超声能起到一定的再生作用;硫酸溶液对改性火山岩的再生效果最好。在保持固液比为1:10时,确定出0.5 mol/L.0 mol/L的硫酸溶液最适合改性火山岩的再生,再生后对砷(III)和砷(V)的吸附量均可达到原来的90%以上,改性火山岩的再生效果随时间的增加而增大,在60 min时已基本达到最佳,再生效果在90%之上。再生5次后,再生效果下降明显,改性火山岩的再利用次数应控制在5次之内。(4)对改性前后的火山岩进行表征分析,可知火山岩中Mg、Al、Ca、Fe、Mn等金属离子可与砷阴离子发生共沉淀,促进水中砷的去除。改性后的火山岩岩表面出现凹槽,布满微孔,比表面积增加,与比表面积测试的结果相一致。天然火山岩和改性火山岩中晶体结构均主要由钙长石矿物构成,改性后出现了酸性氧化铝晶体结构。改性后火山岩的官能团种类变化不大,但有利于砷吸附的羟基大量增加。

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