稀土负载粉煤灰吸附剂的制备及其对地下水中氟的去除研究

题名:稀土负载粉煤灰吸附剂的制备及其对地下水中氟的去除研究
作者:杨磊
学位授予单位:内蒙古大学
关键词:稀土;;粉煤灰;;吸附剂;;地下水除氟
摘要:

 地下水含氟高是导致地方性氟中毒的主要原因。我国地下水含氟高的省份主要分布在内蒙古、山西、甘肃等地区,尤其是内蒙古地区,幅员辽阔,含有丰富的矿产资源,在使用和开采的过程中,造成了不同程度的氟污染。我国规定饮用水中氟的浓度为低于1.0mg/L。针对地下水的氟污染,吸附法是一种经济有效的方法。为开发我区的稀土资源及固体废物粉煤灰的综合利用,实现以废治废,本文中,研制了一种新型的吸rare earth magnets附剂——稀土负载粉煤灰吸附剂,用于地下水除氟。全文的研究主要包括四个部分:

 第一部分,研究了铈负载粉煤灰吸附剂的制备过程及条件。通过试验,得到了制备该吸附剂的步骤:清洗—筛分—酸改性—浸渍—过滤—焙烧—研磨。考察了酸改性剂浓度、浸渍液pH值、铈离子浓度、焙烧温度和振荡反应时间等条件对吸附剂除氟效率的影响。结果表明:在pH为8～10,接触反应时间为16h,焙烧温度为400℃,铈离子浓度为0.2g/L,改性酸浓度为6mol/L时得到的吸附剂,显示了较强的除氟能力。

 第二部分,研究了吸附剂除氟的吸附条件及性能。影响吸附剂吸附条件的主要因素有吸附质的初始浓度、投加量、溶液pH值、振荡反应时间、共存离子的干扰等,通过试验确定了最佳吸附条件。盐度和硬度对吸附剂除氟过程没有影响。溶液中存在的砷酸根和磷酸根,与氟离子在吸附剂的吸附位上存在强烈的竞争吸附。在相同条件下,对比了原状粉煤灰、酸改性粉煤灰和稀土负载粉煤灰吸附剂和活性炭的http://www.everbeenmagnet.com/除氟效率,稀土负载粉煤灰吸附剂的除氟效率达到了94%,而活性炭的去除效率只有36%。

 第三部分,主要进行了吸附剂除氟的热力学、动力学、柱吸附研究、解析实验以及溶出实验研究。结果显示,吸附剂的吸附能力随温度的升高而增大。Langmuir等温式拟合得到的理论平衡吸附量更接近于试验结果,线性相关系数也明显好于Freundlich等温式。吸附剂除氟的动力学行为可用Lagergren二级速率方程描述。经计算得到了热力学函数ΔG°,ΔH°和ΔS°的值。在柱吸附研究中,运用Thomas模型和Yoon-Nelson模型预测了本实验的穿透曲线,并得到了其柱吸附量分别为40.47mg/g,40.33mg/g。在进行解析试验的过程中,达到95%的解析量所需要的时间为30min。通过吸附剂的溶出试验,研究了Pb~(2+)、Cr~(6+)、Cd~(2+)和Cu~(2+)在水中的溶出量。溶出液(在中性条件下)中Pb~(2+)、Cr~(6+)的含量低于仪器的检测限,Cd~(2+)、Cu~(2+)分别为0.00655 mg/L和0.56243 mg/L,远低于国家饮用水标准限值。因此,该吸附剂用于地下水除氟是安全的。

 第四部分,通过对稀土负载粉煤灰吸附剂的扫描电镜、能谱、XRD、比表面积以及表面电荷的测定等手段的表征与分析,对吸附剂的除氟机理进行了初步探讨。吸附剂对氟离子的吸附过程可能符合表面络合模式,即吸附剂表面存在水合金属氧化物,形成了金属羟基基团,再与溶液中的氟离子发生离子交换作用或表面配合反应,以达到除氟的目的。
学位年度:2009