磁场强化硅酸钙诱导磷结晶能效研究

发布时间：2019-09-29 10:48

【摘要】：研究表明,磁场能改变物质的理化性质和结构,适当的磁场处理能促进晶体生长,减少结晶所需时间,增大晶体产量并能提高产品质量。硅酸钙由于能在水溶液中释放出钙离子和碱度,并诱导磷酸根在其表面形成磷酸钙,作为晶种,其效果远比一般的钢渣、陶粒等材料更好。本研究使用硅酸钙作为晶种通过静态试验处理模拟含磷废水,探索其最佳诱晶条件。在此基础上,研究磁场对该诱晶过程和产物晶体结构、性质的影响。最后在固定床结晶反应器中验证磁场对硅酸钙诱导磷结晶的强化效果。通过上述研究,得到如下结论:(1)硅酸钙晶种诱导结晶除磷的效果主要受晶种粒径、投加量、初始浓度、反应时间、初始pH和反应温度的影响,其中前四个条件对除磷效果影响较大,后两个条件尤其是温度条件影响较小;磷的去除率随晶种投加量、pH值、反应时间、温度的增加在一定范围内均有所提高,而随初始浓度、晶种粒径而降低。诱导结晶除磷试验条件的最优组合为:对100 mL初始磷浓度为20 mg/L的溶液,晶种粒径4-6目,投加量1 g,反应时间2 h,初始pH=7,反应温度为室温。硅酸钙诱导结晶过程符合二级动力学方程,且在较高浓度下,符合程度较高。但结晶动力学常数的变化表明,在较低初始浓度下结晶效果更好,即硅酸钙晶种适合用于处理较低浓度的含磷废水。硅酸钙诱导结晶的反应速率随着温度的升高有所增大,但影响很小。通过反应活化能的计算可知,该反应活化能Ea很低,反应易于发生且反应速率快。(2)磁场对磷酸钙结晶的影响因素包括磁场强度、作用时间、溶液初始浓度、搅拌速度、反应温度,对不同溶液进行磁处理,结晶效果也有较大差别。结果表明,在一定范围内,磁场对磷酸钙结晶效果的影响程度,随磁场强度、磁场作用时间、搅拌速度的提高而提高;随溶液初始浓度、反应温度的提高而有所削弱;磁处理K2HPO4溶液比处理CaCl2溶液更有利于结晶。试验最优条件组合为:磁场强度2400 mT,磁场作用时间25 min,K2HPO4溶液初始浓度0.7 mmol/L,搅拌速度150 r/min,反应温度25℃,对K2HPO4溶液进行磁处理。对结晶产物进行XRD和EBSD表征,发现两种不同条件下生成的结晶产物组成上有很大差别。无磁场处理生成的为Ca3(PO4)2晶体,晶体粒径较小且产物纯度较低,经磁场处理后生成CaHPO4,磷元素所占比例较高,有利于从溶液中除去更多的磷,该结晶晶粒尺寸较大。(3)结晶反应器的除磷效率和处理周期随水力停留时间的延长、进水浓度的降低、晶种填充高度的增加而增加;在相同的条件下,经过磁处理过程的反应器表现出更高的磷去除率和更长的处理周期。
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703

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