稻壳灰对微污染水中铁锰离子动态吸附特性的模拟试验

发布时间：2018-11-03 15:30

【摘要】：受原生地质条件以及人为活动的影响,微污染水中常含有过量的铁锰离子,不仅对工农业发展产生了一定影响,还对人类的健康产生了影响。以我国三江平原为例,该地区地下水资源丰富,地形简单且分布稳定,有很大的地下水资源开采能力。但上述地区地下水中Fe(II)、Mn(II)含量普遍过高,导致极为丰富的水资源很难被工农业直接利用,从而制约了上述地区经济的发展。另外,人类由于引用过量的含有Fe(II)、Mn(II)的地下水,可引起食欲不振、呕吐、腹泻等。因此,高铁、高锰微污染地下水必须经过净化处理才能饮用。本研究采用工农业废气物稻壳的燃烧产物——稻壳灰(RHA)为吸附剂,着重开展其对水中Fe(II)、Mn(II)的动态吸附特征研究,确定最佳吸附条件,明确动态吸附模型;借助扫描电镜、X射线衍射光谱与荧光光谱等方法揭示探讨稻壳灰吸附Fe(II)、Mn(II)的机理;最后对吸附剂的再生性能进行考察,本研究得到的主要成果如下:稻壳灰对Fe(II)、Mn(II)的吸附饱和时间随着流速以及进水Fe(II)、Mn(II)的浓度的升高而降低,随着吸附剂的装柱高度的升高而升高,溶液中共存离子的浓度越大,越容易达到吸附饱和。Fe(II)、Mn(II)动态吸附过程的最佳运行参数为:反应器流速均为15 mL/min,进水Fe(II)、Mn(II)的初始浓度分别为20 mg/L和15 mg/L,稻壳灰高度均为22.5 cm(占吸附柱高的75%),进水溶液的初始p H分别为5和6,稻壳灰对Fe(II)、Mn(II)的饱和吸附量分别为2.56,3.55 mg/g,相同质量的稻壳灰对Mn(II)的吸附能力强于Fe(II)。利用扫描电镜(SEM)、傅里叶变化红外光谱仪(FT-IR)、X-射线衍射仪(XRD)、X-射线荧光光谱仪(XRF)对稻壳灰进行表面结构以及组成成分进行分析。结果发现稻壳灰疏松多孔,可以作为吸附剂,在吸附Fe(II)、Mn(II)后的扫描电镜图谱上出现了微弱的Fe、Mn的波峰,这也说明了稻壳灰对Fe(II)、Mn(II)有了一定的吸附作用。稻壳灰中含有的大量的Si和O,主要是以无定形的二氧化硅的形式存在于稻壳灰中,元素Si和O所对应的-OH、Si—O—Si官能团以及其他官能团能和Fe(II)、Mn(II)发生静电吸附反应以及络合作用。对稻壳灰所含的元素进行分析,稻壳灰吸附Fe(II)、Mn(II)之后,金属元素Na、Mg、K、Ca等含量的减少或者消失可能是动态吸附过程中发生了离子交换作用。吸附反应后,元素Fe、Mn含量也分别比吸附之前的含量高,证明了稻壳灰吸附Fe(II)、Mn(II)的可行性。Adams-Bohart模型可用来拟合稻壳灰对Fe(II)的动态吸附过程(R2值为0.73~0.94)。金属离子吸附饱和的浓度N0随着流速以及进水Fe(II)的浓度的增加而呈增长趋势,随着吸附剂装柱高度的增加而减小。动力学常数k AB随着Fe(II)的浓度的增加而减少,随着进水流速的增加而增加。Thomas模型能够很好的反映稻壳灰对Mn(II)的动态吸附过程(R2值为0.71~0.95)。Thomas模型常数k Th的值随着溶液中Mn(II)的浓度的增加而增加,随着进水流速与吸附剂装柱高度的增加而降低。稻壳灰对Mn(II)的动态吸附能力q0同样也是随着Mn(II)的浓度的增加而增加,随着进水流速与吸附剂装柱高度的增加而减小。稻壳灰对Fe(II)、Mn(II)吸附——解吸循环试验中,当H2SO4作为解吸剂时,最佳循环次数为6次,稻壳灰对Fe(II)的吸附量最高为2.56 mg/g,最低为1.51 mg/g,明显高于HCl和HNO3作为解吸剂时稻壳灰对Fe(II)的吸附量;HCl和HNO3作为解吸剂时,未解吸之前稻壳灰对Fe(II)的吸附量明显高于解吸之后的再次吸附量,且解吸后稻壳灰的再次吸附量有降低的趋势。稻壳灰对Mn(II)的吸附量最高为3.49 mg/g,最低为0.28 mg/g,略高于HCl和HNO3作为解吸剂时稻壳灰对Mn(II)的吸附量。HCl和HNO3作为解吸剂时,稻壳灰的二次吸附的能力不如好。因此,说明H2SO4是稻壳灰吸附解吸Fe(II)、Mn(II)试验中的最佳解吸剂。
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【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X52;O647.33

【参考文献】