钛白废酸的分步处理及其产品的综合利用

作     者：李思思 

作者单位：广西大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张燕娟

授予年度：2020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] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：钛白废酸 施氏矿物 零价铁 类Fenton反应 吸附 还原 

摘      要：硫酸法生产钛白粉的过程中产生大量的废酸,酸度高且含有大量的铁离子和其它金属离子,回收利用难,有效处理钛白废酸对钛白粉行业的可持续发展具有重要意义。为了使钛白废酸得到无害化处理和资源化利用,本文提出分步法处理策略将钛白废酸处理为普通废水,硫酸根和铁离子被回收利用制成白石膏、施氏矿物、生物炭负载零价铁磁性复合材料(Fe/FeO@BC),并将施氏矿物和Fe/FeO@BC复合材料应用于处理其它废水,达到以废治废的目的。主要研究内容及结果如下:(1)钛白废酸经石灰初步中和、化学矿化和氢氧化钠完全中和三步处理后,94.6%的SO、100%的Fe及大部分其它金属被回收利用,处理后的水样呈中性,且金属离子含量低,可作为普通废水排放到一般污水处理厂进一步处理。石灰初步中和处理阶段制备的白石膏杂质含量少、纯度高、晶体完整,与天然石膏一致。化学矿化处理阶段所得的施氏矿物呈现出刺球状微观结构,其结构特性与自然界形成的一致,具有较大比表面积(130.4m/g),Fe/S摩尔比为4.58,化学式可确定为FeO(OH)(SO)。完全中和处理阶段形成的氢氧化物@木质纤维素复合物经高温还原煅烧得到Fe/FeO@BC复合材料,分析结果表明Fe、金属氧化物等颗粒负载在多孔生物炭的网状结构上,具有较大的比表面积(335.3 m/g),孔隙率高,且具有超顺磁性。(2)研究了施氏矿物作为非均相类Fenton催化剂对有机染料甲基橙(MO)的催化降解性能。结果表明,施氏矿物可在较宽的pH值范围内催化HO产生活性自由基·OH,有效地将MO氧化降解并矿化为HO和CO。施氏矿物具有良好的重复利用性,循环5次后对MO的降解率仍达到95%以上。(3)研究了Fe/FeO@BC复合材料作为吸附剂对Cr的去除效果。结果表明,在pH=3、Cr初始浓度100 mg/L、吸附剂用量2 g/L的条件下,Fe/FeO@BC复合材料对Cr平衡吸附量为67.74 mg/g。吸附过程符合准二级动力学模型,说明Fe/FeO@BC复合材料主要通过化学吸附去除Cr。吸附前后复合材料的XPS分析表明,Cr被Fe还原为Cr,大部分Cr和Fe在复合材料表面形成Cr/Fe氢氧化物沉淀。(4)研究了Fe/FeO@BC复合材料对有机污染物硝基苯(NB)的去除效果。结果表明,在pH=3、复合材料用量2 g/L、温度30℃、转速170 r/min的条件下,反应60 min后NB的去除率可到100%。摩尔平衡浓度变化分析结果表明,NB对苯胺(AN)的还原率为65%左右,说明Fe/FeO@BC复合材料中具有多孔结构的生物炭物理吸附了部分NB,或者将其还原为其它中间体。综上,分步法处理策略是一种具有广泛应用前景的处理高酸性工业废水及相关产品综合利用的技术。