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天然矿物材料改性及其修复铬污染土壤效果研究

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天然矿物材料改性及其修复铬污染土壤效果研究

作者：李小飞北京化工大学

学位级别：硕士

随着城市化进程的推进,城区原有企业的外迁遗留了大量铬污染场地,这些地块的利用必须保障周边人及其他生物体的安全。本文针对铬污染场地土壤及地下水中生物毒性较高的六价铬的去除或稳定化展开相关研究。矿物材料具有绿色友好、价铬低... 详细信息

随着城市化进程的推进,城区原有企业的外迁遗留了大量铬污染场地,这些地块的利用必须保障周边人及其他生物体的安全。本文针对铬污染场地土壤及地下水中生物毒性较高的六价铬的去除或稳定化展开相关研究。矿物材料具有绿色友好、价铬低廉等优点是理想的环境修复材料。本研究制备了一种改性蒙脱石材料(CMC@MMT-FeS),采用X射线衍(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)及BET对其表面特性进行表征。研究了改性材料对水溶液和土壤中Cr(VI)去除和稳定化效果,利用X射线光电子能谱(XPS)技术深入研究了其稳定化机理;并对修复后土壤进行生物毒性评估。主要的研究结论如下:三种天然矿物材料海泡石(SPE)、蒙脱石(MMT)和凹凸棒土(ATP)对六价铬吸附潜力在0.39～4.35 mg/g之间。蒙脱石对六价铬的吸附行为符合Langmuir等温吸附即是单层特定点位吸附;凹凸棒土更符合Freundlich等温吸附即是多层吸附过程;而海泡石对六价铬吸附行为对这两种吸附模型都适用。六价铬污染土壤中加入15%矿物材料后,土壤浸出液中六价铬的浓度分别降低了 16.8%(添加SPE)、18.9%(添加 ATP)、15.9%(添加 MMT)。复合材料表征结果证实硫化亚铁颗粒负载到蒙脱石表面和层间。CMC@MMT-FeS对溶液中六价铬的去除能力与其负载硫化亚铁的量呈正相关。假二级动力学模型更能很好地符合改性材料去除溶液中Cr(Ⅵ)的过程,溶液初始pH越低,改性材料对溶液中Cr(Ⅵ)去除效果越好。溶液中Cr(Ⅵ)被还原为Cr(Ⅲ),之后以沉淀的形式从溶液中分离。对比硫酸亚铁试剂和改性材料,改性材料对土壤中六价铬稳定化效果更好。修复前后土壤中铬金属形态分析结果证实可交换态铬主要转化成为氧化态铬及残渣态铬。酸性条件下改性材料对介质中六价铬去除和稳定化率更高。CMC@MMT-FeS参与土壤中六价铬的还原过程中主要形成稳定态Fe(Ⅲ)-Cr(Ⅲ)复合物;S(-Ⅱ)参与土壤中六价铬氧化还原反应后主要生成了 S(Ⅳ)化合物。蚕豆根尖毒性试验证实改性材料修复土壤对蚕豆根尖抑制率降低了约57%,而赤子爱胜蚯蚓体内的各种酶对污染土壤的响应不同。

关键词：天然矿物材料六价铬蒙脱石改性生物毒性评价

改性天然矿物材料凹凸棒土对电镀废水重金属的吸附

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改性天然矿物材料凹凸棒土对电镀废水重金属的吸附

作者：张帅青岛大学

学位级别：硕士

近年来,重金属废水的处理难题越来越被重视。每年排入水体的重金属污染物总量庞大,有研究发现近海流域的锌、铜、汞和镉都有不同程度超标,总重金属污染超标率达到62.9%。水体中的重金属种类复杂、形态各异并且难于治理,对环境产生严重... 详细信息

近年来,重金属废水的处理难题越来越被重视。每年排入水体的重金属污染物总量庞大,有研究发现近海流域的锌、铜、汞和镉都有不同程度超标,总重金属污染超标率达到62.9%。水体中的重金属种类复杂、形态各异并且难于治理,对环境产生严重威胁。电镀是产生重金属污染废水的主要行业之一,水环境中的重金属污染物绝大部分以沉积物和悬浮物的形式存在,易于由水相转入固相,在污水处理时,70%-90%的重金属离子通过吸附或沉淀迁移到污泥中。当水环境pH变为酸性时,沉积物中重金属离子析出,造成二次污染。电镀废水中Zn、Ni、Cu和六价铬等重金属含量较多且毒性大,这些重金属在污水中的变化数据显示,电镀行业重金属污染应该被着重关注。重金属进入人体,会因为富集作用而损伤身体,严重的可导致癌症;重金属污染使得土壤质量急剧降低,对农业生产有很大的影响;重金属污染也会导致水中生物大量死亡;同时,重金属污染会使工业化生产增加更多的处理成本。本文通过研究凹凸棒土及其改性吸附材料的制备,将其应用于电镀工业废水处理,一定程度上解决电镀废水治理困难的问题,降低重金属污染处理成本。该类新型吸附材料研究,是对天然矿物资源实践应用的有效探索,开辟了一条新的利用途径,因而,具有重要的科学意义和广泛的实用价值。通过对凹凸棒土的硫化改性处理,提高了凹凸棒土的吸附性能。确定了最佳吸附条件:溶液介质pH值约为8、吸附时间约为4h、最佳吸附剂用量为50g/L。通过吸附对比实验,发现改性后的凹凸棒土吸附剂对Cu、Zn、Ni、六价铬等金属离子的去除率明显提高,其中对Cu的吸附影响最大,对Zn、Ni、六价铬的影响次之。依托XRD、SEM、Zeta电位、BET分析等表征分析手段,对比了改性前后凹凸棒土结构及形态特征,测得改性凹凸棒土平均孔径为26.19nm、吸水率为32.64%、孔隙率为59.62%、体积密度为1.37 kg/m、抗压强度为12.7MPa、比表面积为54.02m/g。探索了吸附满足的吸附动力学方程和吸附机理,吸附过程符合准二级动力学模型。

关键词：凹凸棒土天然矿物材料硫化改性重金属吸附电镀废水

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天然矿物材料修复富营养化水体的实验研究

天然矿物材料修复富营养化水体的实验研究

天然矿物材料的表征及其在无机抗菌剂中的应用

第二届全国环境矿物学学术研讨会

作者：薛传东杨浩刘星中国科学院南京土壤研究所中国科学院南京土壤研究所昆明理工大学地球科学系

采用底泥掩蔽技术,选取天然红土,添加适量的粉煤灰及石灰粉作为掩蔽覆盖物,对滇池富营养化水体进行现场修复实验。结果表明:用天然矿物材料减小底泥内源营养盐负荷的释放修复富营养化水体的效果良好;红土是有效的底泥覆盖材料,添加粉煤... 详细信息

采用底泥掩蔽技术,选取天然红土,添加适量的粉煤灰及石灰粉作为掩蔽覆盖物,对滇池富营养化水体进行现场修复实验。结果表明:用天然矿物材料减小底泥内源营养盐负荷的释放修复富营养化水体的效果良好;红土是有效的底泥覆盖材料,添加粉煤灰和石灰粉有助于消减底泥中TP、TN的释放量,还可提高对藻类等浮游植物繁殖的营养基础和对藻、藻细胞及其胚胎上浮生长的控制效率,最终达到除藻的目的,为滇池及类似湖库富营养化水体的修复提供了崭新的思路

关键词：天然矿物材料内源负荷富营养化修复底泥掩蔽技术滇池

来源： cnki会议评论

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天然矿物材料的表征及其在无机抗菌剂中的应用

第二届中国抗菌材料产业发展大会

作者：刘雪峰涂铭旌四川大学金属材料系

本文采用低温氮吸附法和HRTEM对某一天然矿物材料进行了表征。并以该矿物材料为载体,采用浸渍法,通过组装银离子,制备得到了新型无机抗菌剂,并采用抑菌圈法对其抗菌性能进行了评价。结果表明,天然矿物材料为介孔固体,当其载银量在3%左右... 详细信息

本文采用低温氮吸附法和HRTEM对某一天然矿物材料进行了表征。并以该矿物材料为载体,采用浸渍法,通过组装银离子,制备得到了新型无机抗菌剂,并采用抑菌圈法对其抗菌性能进行了评价。结果表明,天然矿物材料为介孔固体,当其载银量在3%左右时,所制备的抗菌剂对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和枯草芽胞杆菌的杀灭性较强,抑菌圈大小为2.0mm.0mm。

关键词：天然矿物材料介孔固体无机抗菌剂

来源： cnki会议评论

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天然矿物材料处理重金属废水研究进展

化工技术与开发 2012年第3期41卷 44-47页

作者：李琛陕西理工学院化学与环境科学学院陕西汉中723001

着重阐述不同的天然矿物材料在处理含重金属废水中的应用,并对矿物材料在含重金属废水处理中存在的问题和应用前景进行了分析与展望。

关键词：天然矿物材料重金属废水

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天然矿物材料处理重金属废水研究进展

能源环境保护 2012年第2期26卷 5-8页

作者：李晶尹小龙张虹王俊李琛陕西理工学院化学与环境科学学院陕西汉中723001

本文着重阐述不同的天然矿物材料在处理含重金属废水中的应用,并对矿物材料在含重金属废水处理中存在的问题和应用前景进行了分析与展望。

关键词：天然矿物材料重金属废水

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天然矿物材料在医药产业中的应用及开发

矿产与地质 2002年第1期16卷 34-36页

作者：管俊芳陆琦周湖云雷新荣中国地质大学湖北武汉430074

天然层状硅酸盐矿物云母、蒙脱石、凹凸棒石等在医药中有十分广泛的用途 ,文中论述了这些矿物与医药有关的性质及其应用现状。

关键词：云母蒙脱石凹凸棒石应用开发天然矿物材料医药产业药材

矿物材料研发的最新成果对非金属矿工业的拉动效应

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非金属矿 2009年第S1期32卷 1-2,20页

作者：万朴西南科技大学四川绵阳621002

1矿物材料的研究开发已进入快车道材料科技的发展,一方面淡化了矿物材料之非金属矿物和金属矿物属性的界限,另一方面加快了对天然矿物材料与合成矿物材料的交融与综合研发进程,使矿物材料的应用在广度、深度、高新度方面有了更好更快发展。

关键词：复合矿物材料非金属矿工业光催化性能天然矿物材料研发结构组装稀土矿物非金属矿物材料多孔材料催化剂

联合应用铁基和钙基材料及铁锰基和钙基材料控制水体沉积物磷释放的效果及机制

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联合应用铁基和钙基材料及铁锰基和钙基材料控制水体沉积物磷释放...

作者：韩梦凡上海海洋大学

学位级别：硕士

淡水水体富营养化是一个世界性的与水污染有关的严重环境问题,一直备受关注。磷被认为是导致水体富营养化的关键限制性营养元素。地表水体中磷的来源有外源和内源两种。削减外源性磷的输入是控制地表水体富营养化的首先措施。然而,当外... 详细信息

淡水水体富营养化是一个世界性的与水污染有关的严重环境问题,一直备受关注。磷被认为是导致水体富营养化的关键限制性营养元素。地表水体中磷的来源有外源和内源两种。削减外源性磷的输入是控制地表水体富营养化的首先措施。然而,当外源磷得到有效截断后,采取有效措施抑制内源磷(即沉积物磷)的释放则是非常重要的。沉积物原位活性覆盖/改良技术,即将钝磷能力卓越的活性吸附剂材料投加到沉积物-水界面(SWI)上方形成一层覆盖层或与表层沉积物混合以达到拦截水体内源磷释放的目的,近年来已引起了国内外学者的广泛关注,极具应用前景。理想的活性覆盖/改良材料应具备环境友好、磷钝化效率高且成本低的优点。常用的锁磷剂(即镧改性膨润土)和铝基磷钝化材料仍旧存在价格昂贵、镧或铝离子释放的风险等问题。与之相比,铁基磷钝化材料更加安全环保、经济实惠。此外,含钙天然矿物材料,如方解石和沸石,来源广泛、获取容易,也是一种理想的活性覆盖/改良材料。联合应用铁基材料和钙基材料有望可以有效控制水体沉积物磷的释放。然而,目前国内外关于联合应用铁氧化物、方解石和沸石控制水体沉积物磷释放的研究尚鲜见报道。与铁氧化物类似,锰氧化物通常存在于土壤和沉积物中,不仅安全环保、价格低廉,而且对水中磷酸盐具有较高的吸附能力。铁/锰二元氧化物可以继承氧化铁和氧化锰各自的优势,预计是一种很有应用前景的控制沉积物磷释放的活性覆盖/改良材料。此外,含钙碳酸盐矿物(如方解石和白云石)和含钙铝硅酸盐矿物(如沸石和膨润土)也可以钝化沉积物磷,降低沉积物中磷向上覆水体释放的风险。联合应用铁锰基材料和钙基材料有望可以有效控制沉积物中磷的释放。然而,目前国内外关于联合应用铁锰二元氧化物和含钙碳酸盐矿物以及含钙铝硅酸盐矿物控制水体沉积物磷释放的研究尚鲜见报道。为此,本文首先研究了铁氧化物(HFO)、方解石和沸石联合应用控制沉积物磷释放的效率和机制。结果表明,方解石的存在显著提高了HFO对磷酸盐的吸附能力和速率,方解石对HFO吸附磷的改善主要归因于:首先,方解石溶解释放出钙离子;然后,钙离子与磷酸盐形成钙磷离子对Ca HPO;最后,所形成的离子对被吸附到铁氧化物表面形成以磷酸盐为架桥的铁-磷-钙三元配合物。HFO/方解石/沸石混合物对水中磷酸盐具有较高的吸附能力,最大单位吸附量为35.9 mg/g。磷酸盐在HCZ上的吸附机理包括方解石和沸石对磷酸盐的表面吸附作用、铁氧化物对磷酸盐的吸附作用(形成内层铁-磷二元配合物和以磷酸盐为架桥的铁-磷-钙三元配合物)以及钙磷化合物沉淀作用。HFO/方解石/沸石复合覆盖和改良可大大降低缺氧条件下沉积物磷向上覆水体释放的风险。HFO、方解石和沸石对沉积物中溶解态活性磷和DGT有效态磷的钝化,进而形成“磷静态层”,是HFO/方解石/沸石复合覆盖和改良控制沉积物中磷向上覆水体释放的关键。被HFO/方解石/沸石复合覆盖层吸附的磷绝大部分(约70%)以较为稳定或非常稳定的形式存在,在通常p H值(5-9)和还原条件下不容易再次释放。综上所述,HFO、方解石和沸石联合应用是一种具有良好应用前景的沉积物修复方法,可以有效地控制地表水体中磷内部负荷的释放。本文接着研究了铁锰二元氧化物(FMBO)和方解石(CA)、钙改性沸石(Ca Z)、钙改性膨润土(Ca B)或白云石(DOL)的联合使用来抑制沉积物磷释放的效率和机制。结果表明,CA、Ca Z、Ca B和DOL的存在都能显著提高FMBO对磷酸盐的吸附能力。这主要归功于CA、Ca Z、Ca B和DOL释放的钙离子与磷酸盐形成钙磷离子对Ca HPO后被FMBO吸附形成以磷酸盐为架桥的三元配合物(Fe/Mn-OPOHCa)。与Ca Z、Ca B和DOL相比,CA对FMBO吸附磷酸盐的促进作用更强,且FMBO/CA混合物对磷酸盐的吸附能力比FMBO/Ca Z、FMBO/Ca B和FMBO/DOL混合物更强。将FMBO和CA、FMBO和Ca Z、FMBO和Ca B、FMBO和DOL联合使用作为复合覆盖材料,可有效防止缺氧条件下沉积物磷释放到上覆水中。FMBO/CA、FMBO/Ca Z、FMBO/Ca B和FMBO/DOL覆盖层对上部沉积物中DGT有效态磷的钝化作用是其拦截沉积物磷释放到上覆水中的关键。此外,被FMBO/CA、FMBO/Ca Z、FMBO/Ca B和FMBO/DOL覆盖层吸附的大部分磷以较为或非常稳定的形式存在,在通常p H值(5-9)和缺氧条件下难以重新释放到上覆水中。综上所述,FMBO/CA混合物是一种很有应用前景的拦截沉积物中的磷释放到上覆水中的复合覆盖材料。总体而言,钙基材料的存在可以显著促进铁基材料或铁锰基材料对水中磷酸盐的吸附能力和速率;铁基材料或铁锰基材料与钙基材料的联合应用均能有效控制沉积物磷向上覆水体的释放,并且钙基材料的存在可以增强铁基材料或铁锰基材料对沉积物磷的钝化能力。

关键词：沉积物铁基材料铁锰基材料天然矿物材料联合覆盖/改良磷释放控制铁氧化物铁/锰二元氧化物