活性氧化铝改性方法及除氟性能研究

发布时间：2018-01-31 10:38

本文关键词： 活性氧化铝改性除氟机理再生　出处：《安徽农业大学》2014年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：氟是人体必须的微量元素,但摄入过量的氟时会严重影响人们的身体健康,因此,饮用水除氟引起了人们的广泛关注。活性氧化铝吸附法是目前较为常用的饮用水除氟方法。然而,活性氧化铝存在吸附容量较低、吸附缓慢、反复再生后其吸附容量下降快以及出水会产生二次污染等问题。本文旨在对活性氧化铝进行改性筛选出最优改性方法,提高活性氧化铝的除氟吸附容量,并对改性活性氧化铝的吸附性能、吸附机理以及再生方法进行详细的研究和探讨。主要的研究结果如下：(1)采用酸、盐(HCl、HNO3、H2SO4、FeCl3、FeSO4、AlCl3)直接浸泡法改性活性氧化铝,考察了改性剂浓度、浸泡时间以及固液比对改性活性氧化铝的除氟吸附容量的影响规律。在此基础上设计了各改性剂改性活性氧化铝的3因素3水平正交试验,最终筛选出各改性剂的最优改性组合。为了进一步提高活性氧化铝的除氟吸附容量,降低吸附材料成本,设计了硫酸与氯化铁、硫酸与硫酸亚铁、硫酸与氯化铝复合改性活性氧化铝的6因素5水平正交试验,得出的最优改性组合：H2SO4-FeCl3-MGAA最优改性条件组合为H2S04浓度0.01mol/L,浸泡时间120min,固液比为1：5,FeCl3浓度0.1%,浸泡时间180min,固液比为1：10；H2SO4-FeSO4-MGAA最优改性条件组合为H2SO4浓度0.01mol/L,浸泡时间120min,固液比为1：5,FeSO4浓度0.5%,浸泡时间90min,固液比为1：15;H2SO4-AlCl3-MGAA最优改性条件组合为H2SO4浓度0.05mol/L,浸泡时间30mmin,固液比为1：5,AlCl3浓度0.5%,浸泡时间60min,固液比为1：15。(2)通过对改性活性氧化铝的除氟效果进行比较得出,H2SO4-AlCl3-MGAA的除氟效果较其他改性方法表现出较大的优势,在原水氟浓度为20mg/L时,H2SO4-AlCl3-MGAA吸附达到平衡时出水氟离子浓度降为1.76mg/L,而相同条件下的GAA出水氟离子浓度为13.47mg/L。另外,用硫酸与氯化铝溶液复合改性活性氧化铝的出水没有铝离子溶出问题,且引入的其他离子没有超过国家饮用水标准。(3)对H2SO4-AlCl3-MGAA吸附动力学研究结果表明,在吸附的最初4h,吸附容量的增大速度很快,吸附12h后,几条吸附速率曲线均基本达到了吸附平衡,且随着温度的升高,吸附容量增大,吸附速率也相应的增大。改性活性氧化铝的吸附速率曲线更符合拟二级动力学方程。吸附等温线研究表明,改性活性氧化铝的吸附行为更符合Langmuir方程拟合,即吸附为单分子层吸附。且25℃下H2SO4-AlCl3-MGAA的qmax为7.39mg/g,而相同条件下GAA的qmax仅为1.21mg/g,改性活性氧化铝的最大吸附容量是未改性的6.1倍。由热力学参数计算可知,H2SO4-AlCl3-MGAA吸附氟离子是一个自发的熵增加的吸热过程。(4)pH及共存阴离子对除氟效果都有显著的影响,pH=6时,H2SO4-AlCl3-MGAA的除氟效果最好。原水pH=5-10时,改性活性氧化铝均能保持较好的除氟效果,拓宽了活性氧化铝的最佳pH范围,且出水pH符合国家饮用水标准。竞争离子由弱到强的的影响顺序为：NO3-Cl- SO42-H2PO4- HCO3- HPO42-。(5)除氟机理研究表明：H2SO4-AlCl3-MGAA吸附氟离子主要通过硫酸根离子、氯离子与氟离子发生离子交换作用。(6)对吸附饱和改性活性氧化铝的再生过程研究表明：用0.5mol/L NaOH溶液按1：3的固液比浸泡解吸3h,然后用最佳条件的硫酸与氯化铝活化吸附饱和的改性活性氧化铝,经五次再生循环后仍保持较高的吸附容量。
[Abstract]:The results are as follows : ( 1 ) The optimum modification conditions of active alumina are as follows : ( 1 ) The optimum modification conditions are as follows : ( 1 ) The optimum modification conditions are as follows : ( 1 ) The optimum modification conditions of active alumina are as follows : ( 1 ) The optimum modification conditions of active alumina are as follows : ( 1 ) The optimum modification conditions of active alumina are 0.01 mol / L , soaking time 120 min , solid - liquid ratio 1 : 5 , FeSO4 concentration 0.5 % , soaking time 90 min , solid - liquid ratio of 1 : 15 , H2SO4 - AlSO4 - MGAA optimal modification condition as H2SO4 concentration 0.05 mol / L , The results of adsorption isotherm show that the adsorption behavior of the modified active aluminum oxide is 1.76mg / L and the adsorption rate is 1.76mg / L . The adsorption rate curve of the modified active aluminum oxide is 1.21mg / g . The adsorption rate curve of the modified active alumina is 1 . 21 mg / g . The adsorption isotherm of the modified active alumina is better than that of the national drinking water standard . ( 5 ) The research on the mechanism of fluorine removal showed that the adsorption of fluoride ions by H2SO4 - Al _ 3 - MGAA was mainly effected by ion exchange of sulfate ions , chloride ions and fluoride ions . ( 6 ) The regeneration process of adsorption saturated modified activated alumina showed that the adsorption of saturated modified activated alumina was activated with 0.5 mol / L NaOH solution in a ratio of 1 : 3 , then the adsorption capacity was maintained after five regeneration cycles .

【学位授予单位】：安徽农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU991.2

【参考文献】