针铁矿对钒的吸附及钒的赋存形态模拟研究

发布时间：2018-01-09 12:36

本文关键词：针铁矿对钒的吸附及钒的赋存形态模拟研究　出处：《成都理工大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：重金属污染日趋严重,对人类的生命健康造成了巨大的威胁。工业活动加剧了环境问题的产生,如由于重金属的积累导致生态系统恶化问题。重金属在工业生产上的重要性使其应用非常广泛,但未经处理或处理不完全的重金属污染物排入环境后,就会对土壤和水体等造成相当严重的后果,而且,重金属的量超过一定范围后,就会对有机体造成危害。钒是人和动物的必须微量元素,但在人体内过量则会引起急性或慢性中毒。因此重金属污染治理是人们广泛关注的问题。铁基材料,包括铁(氢)氧化物和零价铁均可对多种环境污染物起到修复作用。铁(氢)氧化物,尤其是针铁矿在土壤和沉积物中广泛存在,对环境中重金属具有良好的吸附性能,多年来一直作为治理重金属污染物的重要材料之一。纳米尺度的针铁矿由于具有巨大的比表面积和较高的表面活性,可以通过吸附与环境中的污染物质相互作用,影响制约着许多微量有害元素的迁移、分配和转化,是一种优良的重金属吸附材料。攀枝花地区环境中的钒污染是我国特有的环境问题,但目前很少有比较经济的治理修复钒的技术。本论文依托国际合作项目“攀枝花钒钛磁铁矿区钒污染治理的关键技术联合研究”,以针铁矿对钒的吸附及钒的赋存形态模拟研究为题,制备合成出供试针铁矿,对重金属元素钒进行吸附研究。运用扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)等分析手段,揭示出针铁矿对钒吸附的关键影响因素。同时通过吸附实验与计算机模拟分析的对比研究,阐释针铁矿对钒的吸附机理。主要研究结果如下:1.钒在针铁矿表面的吸附和许多其它重金属在不同吸附介质上的吸附相似,都呈现出快速吸附的趋势,初始过程几乎是瞬间发生的,之后是一个非常缓慢的过程,且钒的吸附量不再有显著的变化。2.p H值是影响针铁矿吸附钒的重要因素之一。在较低的p H下有助于针铁矿对钒的吸附,随着p H值的增加吸附率下降,这正是预期的结果,因为在针铁矿表面和钒酸根离子表面的电荷变得越来越负。对于低浓度钒溶液,在p H=4左右,针铁矿对钒的吸附量和去除率都达到最高,钒的去除率几乎达到百分之百,且随着p H值的增大,针铁矿对钒的去除率又逐渐的减小,然后在p H=8~10的范围内基本趋于稳定。最后迅速下降。而对于高浓度的钒溶液,在整个考察的p H范围内,吸附率和吸附量没有太大的变化。3.不同剂量的吸附剂对高浓度初始钒溶液的吸附影响较为明显,2.0g/L的吸附剂在实验设计的初始总钒浓度范围内能提供足够的吸附容量。在实验设计的浓度范围内,针铁矿对重金属离子钒的吸附与吸附溶液中离子强度的大小无关。4.用Freundlich和Langmuir吸附等温模型对15℃、25℃、35℃和4.0、6.0、8.0不同p H条件下的等温吸附实验数据进行拟合,发现Freundlich吸附模型对针铁矿在所有温度和p H值内对钒的等温吸附数据拟合的最好,拟合的相关系数均达0.998以上。5.通过EDTA-Na2对钒的解吸实验研究,发现其解吸率均偏小,但是随着针铁矿对钒的吸附量的增大而有所增大,且呈现出先快速后缓慢增加的趋势。通过对水体中共存阳离子Pb2+、Cd2+和共存阴离子SO2-4、PO3-4的竞争性吸附研究,结果显示四种离子的竞争性吸附能力相对大小为PO3-4SO2-4 Cd2+Pb2+。6.采用改进的Tessier两步连续提取法对吸附钒后的针铁矿进行形态提取实验,得出的结果是:大部分的吸附钒在实验所用的总钒初始浓度下的盐酸萃取步骤中除去,表明钒在针铁矿上的吸附是一个较强的吸附作用;本文最后通过PHREEQC模拟软件对针铁矿吸附钒后水溶液中钒进行形态模拟,并重新定义了一个吸附表面“Goe_s”,以便构建针铁矿对钒的表面吸附模型。结果发现:针铁矿吸附钒后水溶液中钒的主要形态依次为H2VO-4HVO2-4H3V2O-7,针铁矿在不同p H条件下对钒作用的表面机理不同,低p H值下主要与VO+2结合形成Goe_s2O2V(OH)+2,高p H值条件下主要与HVO2-4作用形成Goe_s2O2VO(OH)。
[Abstract]:Iron ( hydrogen ) oxides , especially goethite , have been widely used in many kinds of environmental pollutants , such as iron ( hydrogen ) oxides and zero valent iron . In this paper , the adsorption of vanadium from iron ore was studied by scanning electron microscopy ( SEM ) , energy dispersive spectroscopy ( EDS ) and X - ray diffraction ( XRD ) . The results show that the main form of vanadium in the aqueous solution is H2VO - 4HVO - 4H3V2O - 7 . The main form of vanadium is H2VO - 4HVO - 4H3V2O - 7 . The main form of vanadium under different pH conditions is H2VO - 4HVO - 4H3V2O - 7 .

【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X52;O647.3

【参考文献】