生物炭强化高铁酸钾去除水中As（Ⅲ）的效果与机理研究
发布时间：2023-01-31 21:43
砷是有毒元素,我国《生活饮用水卫生标准GB5749-2006》规定饮用水中总砷的浓度不得超过10μg/L。部分地区自然水体中砷元素含量较高,严重威胁人体健康。高铁酸钾氧化吸附对水体砷污染具有较好的控制效果,但高铁酸钾生产成本高,不易存储运输,研究可降低高铁酸钾用量的同时提高砷去除率的方法具有重要意义。砷在水中具有三价As（Ⅲ）和五价As（Ⅴ）两个价态,其中As（Ⅲ）比As（Ⅴ）的毒性和流动性更强,危害更大。本研究选取As（Ⅲ）为研究对象,利用少量生物炭（biochar）强化高铁酸钾对As（Ⅲ）的去除,通过对比高铁酸钾单独去除As（Ⅲ）与生物炭单独去除As（Ⅲ）的去除率,证明了生物炭强化高铁酸钾去除As（Ⅲ）具有优异的效果,去除率从57%提高到90%,增加了33%。通过扫描电镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDS）、X射线光电子能谱分析（XPS）、傅里叶红外光谱（FTIR）对反应产物进行了表征分析,探究生物炭强化高铁酸钾去除As（Ⅲ）的机理。反应后样品中C元素含量从82.6%降低到65.7%,O元素含量从17.4%提高到33.4%。XPS分析显示强化反应后,生物炭中C=C、C-C、C-...
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.2 砷的存在及污染
1.2.1 自然界中砷的分布
1.2.2 砷的性质和用途
1.2.3 砷的毒害和砷污染
1.3 砷的去除方法
1.3.1 混凝-絮凝法
1.3.2 吸附法
1.3.3 离子交换法
1.3.4 膜过滤法
1.3.5 微生物法
1.4 高铁酸钾在水处理中的研究进展
1.4.1 高铁酸钾的物理化学性质
1.4.2 高铁酸钾在水处理中的应用
1.5 碳材料在水处理中的研究与应用
1.5.1 活性炭
1.5.2 碳纳米管
1.5.3 石墨烯
1.5.4 生物炭
1.6 课题研究的目的、意义及主要内容
1.6.1 课题研究的目的和意义
1.6.2 课题研究的主要内容
1.6.3 技术路线
第2章 实验材料与方法
2.1 实验试剂与仪器
2.1.1 实验试剂及配置
2.1.2 实验仪器
2.2 实验设计
2.2.1 高铁酸钾去除As(Ⅲ)的效果实验
2.2.2 生物炭吸附去除As(Ⅲ)的效果实验
2.2.3 生物炭强化高铁酸钾去除As(Ⅲ)的效果实验
2.2.4 生物炭强化高铁酸钾去除As(Ⅲ)的水质背景因素影响实验
2.3 样品的分析检测方法
2.3.1 高铁酸钾的浓度测定
2.3.2 砷的浓度测定
2.3.3 扫描电镜-能量色散X射线光谱
2.3.4 X射线光电子能谱
2.3.5 傅里叶红外光谱
第3章 生物炭强化高铁酸钾去除As(Ⅲ)效能研究
3.1 高铁酸钾去除As(Ⅲ)的效果实验
3.1.1 高铁酸钾投量对去除As(Ⅲ)的影响
3.1.2 高铁酸钾去除As(Ⅲ)的机理
3.2 生物炭强化高铁酸钾去除As(Ⅲ)的效果实验
3.2.1 不同类型生物炭选取
3.2.2 生物炭吸附As(Ⅲ)的效果
3.2.3 生物炭浓度对强化体系的影响
3.2.4 生物炭强化高铁酸钾去除As(Ⅲ)的效果
3.3 本章小结
第4章 生物炭强化高铁酸钾去除As(Ⅲ)机理研究
4.1 反应前后生物炭表面形态元素分析
4.1.1 生物炭表面形态分析
4.1.2 生物炭元素分析
4.2 反应前后生物炭表面价键分析
4.2.1 生物炭表面元素全谱图分析
4.2.2 生物炭表面铁元素分析
4.2.3 生物炭表面碳元素分析
4.2.4 生物炭表面氧元素分析
4.2.5 生物炭表面砷元素分析
4.3 反应前后生物炭表面官能团分析
4.3.1 反应前生物炭表面官能团谱图分析
4.3.2 反应后生物炭表面官能团谱图分析
4.4 生物炭强化高铁酸钾去除As(Ⅲ)的机理
4.5 本章小结
第5章 不同方法去除砷效果比较及水质背景的影响
5.1 氧化吸附去除As(Ⅲ)的效能
5.2 基于碳材料吸附去除As(Ⅲ)的效能
5.3 膜技术去除As(Ⅲ)的效能
5.4 含铁、锰、铝氧化物去除As(Ⅲ)的效能
5.5 溶液pH对强化去除As(Ⅲ)的影响
5.6 典型阴阳离子及腐殖酸对强化去除 As(Ⅲ)的影响
5.6.1 典型阴阳离子对强化体系的影响
5.6.2 其他影响离子对强化体系的影响
5.6.3 腐殖酸对强化体系的影响
5.7 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]城市水资源污染治理与保护[J]. 姚顺. 科技创新与应用. 2020(04)
[2]活性炭在饮用水处理中的应用探讨[J]. 魏伟. 化工管理. 2019(04)
[3]氧气对零价铁去除三价砷过程的影响及其机制[J]. 杨鸿艺,秦荷杰,关小红. 水资源保护. 2017(05)
[4]砷污染水体的微生物处理机理及应用研究进展[J]. 蒋敏敏,张学洪,张欢,韩亚梅,李海翔. 工业安全与环保. 2016(12)
[5]Application potential of carbon nanotubes in water treatment:A review[J]. Xitong Liu,Mengshu Wang,Shujuan Zhang,Bingcai Pan. Journal of Environmental Sciences. 2013(07)
[6]金属离子在碳纳米管上的吸附及其对环境毒理学的影响[J]. 张瑜,诸颖,李晴暖,陈文,韩博,李文新,黄庆. 核技术. 2011(09)
[7]环境中砷的来源及影响[J]. 赵维梅. 科技资讯. 2010(08)
[8]含砷饮用水处理技术综述[J]. 陈雪梅,胡锋平. 江西化工. 2009(04)
[9]改性活性炭除亚砷酸盐的性能研究[J]. 刘振中,邓慧萍,詹健,王晓玭. 环境科学. 2009(03)
[10]高铁酸三钾钠的合成及其物理化学性质研究[J]. 何伟春,王建明,周利,陈权启,沈报春,张鉴清. 化学学报. 2007(20)
博士论文
[1]纳米水氯铁镁石高效除砷机理及其在高砷水处理中的应用[D]. 曹耀武.中国地质大学 2018
[2]铁氧化菌的耐砷性能及除砷特征[D]. 刘琼.中国地质大学(北京) 2012
硕士论文
[1]氮掺杂碳纳米管及氧化石墨烯薄膜的制备及其性能研究[D]. 白小花.广西师范大学 2019
[2]二价锰强化高铁酸钾去除水体中铊（Ⅰ）的研究[D]. 李艳婷.哈尔滨工业大学 2019
[3]插层—剥离法改性高岭土对高温下钠的吸附捕集机理研究[D]. 付禹.华中科技大学 2016
[4]Fe3O4-MnO2纳米材料吸附除砷（Ⅲ）及磁性分离方法研究[D]. 付小琳.哈尔滨工业大学 2015
[5]二氮杂萘联苯聚芳醚砜酮超滤膜的制备与除砷性能研究[D]. 纪静雯.北京林业大学 2015
[6]用于湿式氧化的新型碳材料催化剂的制备和性能研究[D]. 孙雨.华北电力大学 2014
本文编号：3734018
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【学位级别】：硕士
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摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.2 砷的存在及污染
1.2.1 自然界中砷的分布
1.2.2 砷的性质和用途
1.2.3 砷的毒害和砷污染
1.3 砷的去除方法
1.3.1 混凝-絮凝法
1.3.2 吸附法
1.3.3 离子交换法
1.3.4 膜过滤法
1.3.5 微生物法
1.4 高铁酸钾在水处理中的研究进展
1.4.1 高铁酸钾的物理化学性质
1.4.2 高铁酸钾在水处理中的应用
1.5 碳材料在水处理中的研究与应用
1.5.1 活性炭
1.5.2 碳纳米管
1.5.3 石墨烯
1.5.4 生物炭
1.6 课题研究的目的、意义及主要内容
1.6.1 课题研究的目的和意义
1.6.2 课题研究的主要内容
1.6.3 技术路线
第2章 实验材料与方法
2.1 实验试剂与仪器
2.1.1 实验试剂及配置
2.1.2 实验仪器
2.2 实验设计
2.2.1 高铁酸钾去除As(Ⅲ)的效果实验
2.2.2 生物炭吸附去除As(Ⅲ)的效果实验
2.2.3 生物炭强化高铁酸钾去除As(Ⅲ)的效果实验
2.2.4 生物炭强化高铁酸钾去除As(Ⅲ)的水质背景因素影响实验
2.3 样品的分析检测方法
2.3.1 高铁酸钾的浓度测定
2.3.2 砷的浓度测定
2.3.3 扫描电镜-能量色散X射线光谱
2.3.4 X射线光电子能谱
2.3.5 傅里叶红外光谱
第3章 生物炭强化高铁酸钾去除As(Ⅲ)效能研究
3.1 高铁酸钾去除As(Ⅲ)的效果实验
3.1.1 高铁酸钾投量对去除As(Ⅲ)的影响
3.1.2 高铁酸钾去除As(Ⅲ)的机理
3.2 生物炭强化高铁酸钾去除As(Ⅲ)的效果实验
3.2.1 不同类型生物炭选取
3.2.2 生物炭吸附As(Ⅲ)的效果
3.2.3 生物炭浓度对强化体系的影响
3.2.4 生物炭强化高铁酸钾去除As(Ⅲ)的效果
3.3 本章小结
第4章 生物炭强化高铁酸钾去除As(Ⅲ)机理研究
4.1 反应前后生物炭表面形态元素分析
4.1.1 生物炭表面形态分析
4.1.2 生物炭元素分析
4.2 反应前后生物炭表面价键分析
4.2.1 生物炭表面元素全谱图分析
4.2.2 生物炭表面铁元素分析
4.2.3 生物炭表面碳元素分析
4.2.4 生物炭表面氧元素分析
4.2.5 生物炭表面砷元素分析
4.3 反应前后生物炭表面官能团分析
4.3.1 反应前生物炭表面官能团谱图分析
4.3.2 反应后生物炭表面官能团谱图分析
4.4 生物炭强化高铁酸钾去除As(Ⅲ)的机理
4.5 本章小结
第5章 不同方法去除砷效果比较及水质背景的影响
5.1 氧化吸附去除As(Ⅲ)的效能
5.2 基于碳材料吸附去除As(Ⅲ)的效能
5.3 膜技术去除As(Ⅲ)的效能
5.4 含铁、锰、铝氧化物去除As(Ⅲ)的效能
5.5 溶液pH对强化去除As(Ⅲ)的影响
5.6 典型阴阳离子及腐殖酸对强化去除 As(Ⅲ)的影响
5.6.1 典型阴阳离子对强化体系的影响
5.6.2 其他影响离子对强化体系的影响
5.6.3 腐殖酸对强化体系的影响
5.7 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]城市水资源污染治理与保护[J]. 姚顺. 科技创新与应用. 2020(04)
[2]活性炭在饮用水处理中的应用探讨[J]. 魏伟. 化工管理. 2019(04)
[3]氧气对零价铁去除三价砷过程的影响及其机制[J]. 杨鸿艺,秦荷杰,关小红. 水资源保护. 2017(05)
[4]砷污染水体的微生物处理机理及应用研究进展[J]. 蒋敏敏,张学洪,张欢,韩亚梅,李海翔. 工业安全与环保. 2016(12)
[5]Application potential of carbon nanotubes in water treatment:A review[J]. Xitong Liu,Mengshu Wang,Shujuan Zhang,Bingcai Pan. Journal of Environmental Sciences. 2013(07)
[6]金属离子在碳纳米管上的吸附及其对环境毒理学的影响[J]. 张瑜,诸颖,李晴暖,陈文,韩博,李文新,黄庆. 核技术. 2011(09)
[7]环境中砷的来源及影响[J]. 赵维梅. 科技资讯. 2010(08)
[8]含砷饮用水处理技术综述[J]. 陈雪梅,胡锋平. 江西化工. 2009(04)
[9]改性活性炭除亚砷酸盐的性能研究[J]. 刘振中,邓慧萍,詹健,王晓玭. 环境科学. 2009(03)
[10]高铁酸三钾钠的合成及其物理化学性质研究[J]. 何伟春,王建明,周利,陈权启,沈报春,张鉴清. 化学学报. 2007(20)
博士论文
[1]纳米水氯铁镁石高效除砷机理及其在高砷水处理中的应用[D]. 曹耀武.中国地质大学 2018
[2]铁氧化菌的耐砷性能及除砷特征[D]. 刘琼.中国地质大学(北京) 2012
硕士论文
[1]氮掺杂碳纳米管及氧化石墨烯薄膜的制备及其性能研究[D]. 白小花.广西师范大学 2019
[2]二价锰强化高铁酸钾去除水体中铊（Ⅰ）的研究[D]. 李艳婷.哈尔滨工业大学 2019
[3]插层—剥离法改性高岭土对高温下钠的吸附捕集机理研究[D]. 付禹.华中科技大学 2016
[4]Fe3O4-MnO2纳米材料吸附除砷（Ⅲ）及磁性分离方法研究[D]. 付小琳.哈尔滨工业大学 2015
[5]二氮杂萘联苯聚芳醚砜酮超滤膜的制备与除砷性能研究[D]. 纪静雯.北京林业大学 2015
[6]用于湿式氧化的新型碳材料催化剂的制备和性能研究[D]. 孙雨.华北电力大学 2014
本文编号：3734018
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