羟基氧化铁复合物去除饮用水中铁锰试验研究

发布时间：2017-06-29 13:03

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【摘要】：地下水作为水资源的重要组成部分,因其较强的贮存能力以及稳定的供水条件成为我国较多城市饮用水的重要来源。我国地下水饮用水水源地有1817个,占城镇饮用水水源地的38%左右。然而由于地质条件和人类生产生活的影响,我国地下水水质不容乐观,其中铁、锰为主要的超标指标。高铁锰地下水给人类生活和工农业生产带来不便,甚至严重危害。因此发展简便而有效的地下水除铁除锰工艺成为了社会各类研究学者关注的焦点。常用的地下水除铁除锰的技术方法有氧化法(自然氧化法、接触氧化法、化学氧化法和生物氧化法)、离子交换法和吸附法等。其中吸附法因吸附剂种类多、适应范围广操作简便、吸附材料便于回收不会引起二次污染等优点成为水处理工艺中最常用的方法之一。因而选择经济、高效、应用性强的吸附剂是吸附法应用的关键。本文首先分别选用活性炭、玉米秸秆、沸石和凹凸棒土四种吸附剂作为载体负载羟基氧化铁制备复合吸附剂,通过对比分析负载前后对水中铁锰的去除效果,确定石负载羟基氧化铁作为吸附剂去除水中铁锰效果最佳；然后通过调节OH-与Fe3+的摩尔比(碱比)制备不同碱比条件下的羟基氧化铁复合物,对比分析其对水中铁锰的去除效果,优选出碱比为4：1时制备的沸石负载羟基氧化铁对水中铁锰去除效果最佳,并通过扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)和比表面积分析对其进行表征；再通过静态吸附实验设计分析复合吸附剂去除水中铁锰的影响因素,找出最佳吸附条件,并在此基础上进行吸附等温线以及吸附动力学研究。本论文主要研究结果表明：(1)通过对沸石负载羟基氧化铁前后的扫描电镜、X-射线衍射和比表面积的对比分析,发现沸石负载羟基氧化铁可能有新的晶体产生,沸石负载羟基氧化铁复合物层状结构更加明显,比表面积增大,有利于污染物的去除。(2)沸石负载羟基氧化铁投加量为0.3g,pH值为7.5,吸附反应时间为4h时,Fe2+、Mn2+的去除率分别为100%、99.49%,剩余Fe2+、Mn2+的浓度均能达到我国生活饮用水卫生标准要求。通过对投加量、pH值和吸附时间进行三因素三水平正交实验,三种因素对沸石负载羟基氧化铁除锰效果影响力大小为投加量吸附时间pH值。(3)通过对沸石负载羟基氧化铁吸附Fe2+、Mn2+的吸附等温线研究,确定Langmuir方程能更好的拟合沸石负载羟基氧化铁对Fe2+、Mn2+的吸附过程。沸石负载羟基氧化铁对Fe2+、Mn2+的最大吸附饱和量分别为8.18mg/g和2.69mg/g。(4)沸石负载羟基氧化铁吸附Fe2+、Mn2+的吸附动力学过程均符合准二级动力学。
【关键词】：沸石 羟基氧化铁 复合物 吸附
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU991.2
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 绪论13-26
• 1.1 我国地下水资源概况及污染现状13-14
• 1.2 高铁锰地下水的危害14-15
• 1.2.1 饮用水的水质标准14
• 1.2.2 水中过量铁、锰对人类健康的危害14
• 1.2.3 水中过量铁、锰对人类生产生活的影响14-15
• 1.3 地下水铁锰的来源与存在形式15-16
• 1.3.1 地下水中铁的来源与存在形式15-16
• 1.3.2 地下水中锰的来源与存在形式16
• 1.3.3 地下水中铁锰的共存16
• 1.4 我国高铁锰地下水的分布16-17
• 1.5 国内外去除饮用水中铁锰的研究现状17-22
• 1.5.1 自然氧化法17
• 1.5.2 接触氧化法17-18
• 1.5.3 化学氧化法18-20
• 1.5.4 生物氧化法20-21
• 1.5.5 离子交换法21
• 1.5.6 吸附法21-22
• 1.6 羟基氧化铁的性质及研究现状22-23
• 1.6.1 羟基氧化铁的性质22-23
• 1.6.2 羟基氧化铁的催化作用23
• 1.6.3 羟基氧化铁的吸附作用及其负载研究23
• 1.7 研究目的和意义23-24
• 1.8 研究内容和技术路线24-26
• 1.8.1 研究内容24-25
• 1.8.2 技术路线25-26
• 第2章 试验设计与方法26-32
• 2.1 试验试剂和设备26-27
• 2.1.1 试验水质26
• 2.1.2 试验材料26
• 2.1.3 试验化学试剂26-27
• 2.1.4 试验设备27
• 2.2 测定方法及标准曲线的绘制27-29
• 2.2.1 火焰原子吸收法测定铁和锰27
• 2.2.2 铁标准曲线的绘制27-28
• 2.2.3 锰标准曲线的绘制28-29
• 2.3 吸附材料的预处理及其负载羟基氧化铁的制备29-31
• 2.3.1 羟基氧化铁的制备29
• 2.3.2 活性炭负载羟基氧化铁29-30
• 2.3.3 玉米秸秆的预处理及其负载羟基氧化铁30
• 2.3.4 沸石的预处理及其负载羟基氧化铁30
• 2.3.5 凹凸棒土的预处理及其负载羟基氧化铁30-31
• 2.4 静态吸附实验31
• 2.5 数据分析方法31-32
• 2.5.1 去除率31
• 2.5.2 吸附容量31-32
• 第3章 羟基氧化铁载体的选择及优化32-43
• 3.1 引言32
• 3.2 四种吸附剂负载羟基氧化铁前后对铁锰的去除效果32-38
• 3.2.1 活性炭负载羟基氧化铁前后对铁锰的去除效果32-33
• 3.2.2 米秸秆负载羟基氧化铁前后对铁锰的去除效果33-34
• 3.2.3 沸石负载羟基氧化铁前后对铁锰的去除效果34-36
• 3.2.4 凹凸棒土负载羟基氧化铁前后对铁锰的去除效果36-37
• 3.2.5 四种羟基氧化铁复合物除铁除锰效果分析37-38
• 3.3 不同碱比条件下制备的沸石负载羟基氧化铁对铁锰的去除效果38-40
• 3.4 沸石负载羟基氧化铁复合物表征分析40-41
• 3.4.1 SEM分析40
• 3.4.2 X-射线衍射分析40-41
• 3.4.3 比表面积分析41
• 3.5 本章小结41-43
• 第4章 沸石负载羟基氧化铁吸附铁锰效果研究43-63
• 4.1 引言43
• 4.2 沸石负载羟基氧化铁吸附水中Fe~(2+)、Mn~(2+)的影响因素分析43-51
• 4.2.1 吸附剂投加量对Fe~(2+)、Mn~(2+)吸附效果的影响43-44
• 4.2.2 吸附时间对Fe~(2+)、Mn~(2+)吸附效果的影响44-45
• 4.2.3 溶液初始pH值对Fe~(2+)、Mn~(2+)吸附效果的影响45-46
• 4.2.4 温度对Fe~(2+)、Mn~(2+)吸附效果的影响46-47
• 4.2.5 溶液中Fe~(2+)、Mn~(2+)的初始浓度对吸附效果的影响47-49
• 4.2.6 干扰物质对Fe~(2+)、Mn~(2+)吸附效果的影响49-51
• 4.3 正交实验探讨影响因素分析51-53
• 4.3.1 正交实验设计51-52
• 4.3.2 正交实验结果分析52-53
• 4.4 吸附等温线研究53-57
• 4.4.1 Langmuir吸附等温方程53
• 4.4.2 Freundlich吸附等温方程53-54
• 4.4.3 吸附Fe~(2+)等温线拟合54-55
• 4.4.4 吸附Mn~(2+)等温线拟合55-56
• 4.4.5 吸附Fe~(2+)、Mn~(2+)等温线拟合结果56-57
• 4.5 吸附动力学研究57-61
• 4.5.1 吸附动力学方程57-58
• 4.5.2 吸附Fe~(2+)的动力学分析58-60
• 4.5.3 吸附Mn~(2+)的动力学分析60-61
• 4.6 沸石负载羟基氧化铁处理饮用水中铁锰的安全性评价61
• 4.7 本章小结61-63
• 结论和建议63-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-71
• 附录71-75

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