【摘要】：铊是一种毒害重金属元素,在我国和许多欧美国家都是优先防控的重金属污染物之一。近年来,我国突发性铊污染事件时有发生,水体铊污染形势严峻,寻求一种高效、快速、安全的废水除铊技术有着现实意义。基于吸附技术的高效性和易操作性,研究和开发具有吸附量大、吸附速率快、对重金属离子具有选择性吸附、易分离、重复利用率高、制备简单、对环境无污染的吸附材料是该领域的研究热点。铁锰基金属氧化物具有良好的孔隙结构和较大的比表面积,是优良的重金属吸附剂,具有较好的除铊效能与潜力。基于此,本研究针对铁锰氧化物通过不同的改性方法制备出高效的除铊吸附剂,探究铁锰基吸附剂去除废水中铊的影响因素、效能优化及界面反应机理。首先,研究了Fe-Mn二元氧化物深度除铊的效能与机理。采用氧化还原沉淀法合成Fe-Mn二元氧化物吸附剂,研究讨论了吸附剂投加量、反应时间、溶液初始pH、离子强度与共存络合物等影响因素对Fe-Mn二元氧化物吸附铊性能的影响。结果表明,在初始铊浓度为10 mg/L、溶液初始pH=10时,吸附剂对铊的去除速率随投加量的增加而增大,当吸附剂投加量为0.50 g/L,对铊的吸附量为19.90 mg/g,去除率达99.49%。溶液初始pH大于5时,随着溶液pH的升高,吸附剂对铊的去除率几乎不变。随着离子强度和络合物浓度增大,吸附剂对铊的吸附效果有轻微的影响。Fe-Mn二元氧化物对铊的吸附动力学过程可以用准二级动力学方程很好地描述。等温吸附适用Langmuir模型。温度为298 K时,Fe-Mn二元氧化物对铊的最大饱和吸附量达到197.63 mg/g。通过对热力学参数的分析验证了Fe-Mn二元氧化物对铊的吸附过程是自发的吸热过程。通过SEM-EDS、XRD、FT-IR、XPS等表征手段对吸附材料进行表征,分析表明,Fe-Mn二元氧化物在吸附铊的过程中存在着物理吸附与化学氧化作用的过程。其次研究了纳米四氧化三铁(Fe_3O_4)除铊的效能、机理与再生规律。通过水热沉淀法制备了纳米Fe_3O_4,考察了Fe_3O_4对铊的可逆吸附-脱附特性与机理,探究基于纳米Fe_3O_4的铊去除与回收的技术原理。研究表明,在pH大于11.0的碱性条件下,吸附剂能快速有效地去除Tl,而在pH值低于3.0的酸性条件下,铊又能从吸附剂中快速有效地洗脱出来。Fe_3O_4的饱和磁化强度为54.70 emu/g,通过外加磁场作用使吸附剂在溶液中获得快速有效地分离。吸附后的吸附剂分别进行10、12.5和25倍的脱附浓缩后,洗脱液中Tl浓度分别为90.01、112.60和202.40mg/L。纳米Fe_3O_4颗粒独特的吸附-脱附特性,使得Tl的去除和回收可以稳定、高效地重复进行,而不存在明显的吸附剂损失,表明纳米Fe_3O_4对铊的可逆吸附-脱附工艺是一种很有应用前景的技术。二氧化锰对重金属具有优越的吸附性能,但其粒径较小,导致固液分离困难。为了解决二氧化锰不易实现固液分离的问题,构建了以磁铁矿渣(主要成分Fe_3O_4)为核心,表面包覆MnO_2涂层形成分层的核-壳结构的吸附剂(MnO_2@磁铁矿渣),用于去除和回收废水中的铊。实验表明,在其他条件相同情况下,铊初始浓度为300 mg/L时,常温法制备的吸附剂平衡吸附容量为55.25 mg/g,水热制备的吸附剂平衡吸附容量达293.66 mg/g。水热法制备的吸附剂对铊的吸附性能明显优于常温法制备的吸附剂。采用XRD、FT-IR、XPS、VSM(振动样品磁强计)、SEM-EDS、TEM和BET等表征方法对MnO_2@磁铁矿渣进行分析,结果表明,吸附剂是由无定型薄纳米片状结构的MnO_2围绕内部核心(磁铁矿渣)组成花状结构的多层介孔材料。MnO_2@磁铁矿渣的饱和磁化强度为15.40 emu/g,能实现温和与有效的磁分离。花状MnO_2@磁铁矿渣复合材料吸附铊的过程主要包括物理吸附、氧化和表面络合作用。MnO_2@磁铁矿渣对铊的吸附性能随pH的升高而增强,离子强度和有机配合物等对铊的去除影响不大。吸附过程符合准二级动力学,等温吸附适用Langmuir模型描述。用1 mol/L的HCl对吸附后的材料进行洗脱,在5min内能有效地将铊从吸附剂中洗脱出来,重复5次的吸附-脱附再生重利用实验,吸附剂的吸附能力没有明显减弱。
【图文】：
图 1-1 我国铊污染现状Fig. 1-1. Thallium pollution in China铊以其高毒性、强蓄积性在国际学术界越来越受到重视，经济的发展促使了产资源的开发力度不断加大，，包括含铊在内的重金属在矿产开发利用过程中，
图 3-4 Fe-Mn 二元氧化物吸附前后的 SEM 图像：(a) (b)吸附前; (c) (d) 吸附后Fig. 3-4 SEM images for adsorbent before and after adsorption: (a) (b) before adsorption; (c)(d) after adsorption.表 3-1Fe-Mn 二元氧化物吸附前后的 EDS
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703;TQ424
【参考文献】
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