改性蜂巢石及其对氨氮废水吸附性能的实验研究

发布时间：2017-06-29 18:13

  本文关键词：改性蜂巢石及其对氨氮废水吸附性能的实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国经济的迅速发展,我国城镇化进程变得非常快。在社会高度发展的同时,自然环境的日益恶化变得尤为严重。近年来,由于人类活动的影响,进入水体环境中的污染物质也变得越来越多,氨氮污染物含量在水体中也急剧攀升,造成水体环境日益恶化,水体污染严重威胁着生态系统的稳定和人类的生命安全。然而传统的氨氮去除方式不仅运行成本高、去除率低,而且操作繁琐,不利于推广。因此,探求一种简便易行、稳定可靠且去除效果良好的新型脱氮方法变得尤为重要。蜂巢石一种廉价的非金属矿物质,且具有较好的吸附性能,还具有工艺简单易行、自身可循环利用等优点,对处理氨氮废水具有一定的现实意义。因此,本文对蜂巢石展开一系列研究,具有广泛且深刻的意义。为了提高蜂巢石对氨氮的去除率,本文先后对蜂巢石进行了酸改性、碱改性、盐改性以及焙烧改性,并以蜂巢石的比表面积为指标,通过正交实验来确定蜂巢石的最佳改性条件。实验结果表明:用盐改性方式处理蜂巢石可以最大程度地增大其表面积,有效地提高了氨氮去除率。BET表征表明,经过改性的蜂巢石比表面积相比于未改性的蜂巢石都得到了一定程度的增大。SEM电镜扫描图像,可以较为直观的观察到未改性及通过四种方式改性的蜂巢石表面结构存在的差异。经改性的蜂巢石以不规则的颗粒集团为主,颗粒与颗粒之间主要通过面面接触、面边接触相连接,这种分散的骨架结构有助于孔隙的生成以及孔隙之间的连通。由傅立叶红外光谱分析得出,蜂巢石主要化合物为角闪,是镁、钙、钠、铝等的硅酸盐矿物,与辉石形态、组成相近,而角闪石是含有OH-的硅酸盐,其硅氧四面体骨干结构为其晶体容纳不同的阳离子提供了可能。蜂巢石静态吸附性能研究表明:改性蜂巢石对低浓度的氨氮废水有较好的去除效果,随着氨氮初始浓度的增大,蜂巢石对氨氮的去除效果逐渐降低;对于不同浓度的氨氮废水,改性蜂巢石对氨氮的吸附具有快速吸附、缓慢平衡的特点,在20min时,基本达到吸附平衡;改性蜂巢石的投加量在0.5~2g/100m L时,氨氮的去除率与投加量成正比关系。随着投加量的增大,氨氮去除率趋于平缓并稍有降低;最适p H值区间应在4~8之间。为了更好地了解改性蜂巢石对废水中氨氮的吸附机理,本文还对蜂巢石吸附氨氮进行了热力学和动力学研究,研究结果表明:改性蜂巢石对氨氮的吸附模式符合Langmuir和Freundlich方程,且模型拟合良好,RL和1/n的值均反映蜂巢石对氨氮的吸附较容易进行;改性蜂巢石对废水中氨氮的吸附基本符合Lagergren拟二级动力学模型,在整个吸附进程中,也同样存在着化学吸附;内部扩散模型也反映了改性蜂巢石在对氨氮的吸附过程中,不仅存在在颗粒与颗粒之间的扩散作用,还有其他诸多物理和化学反应在发生作用。
【关键词】：蜂巢石 改性 氨氮 热力学 动力学
【学位授予单位】：安徽建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 绪论13-31
• 1.1 研究背景13-20
• 1.1.1 我国水资源现状13-15
• 1.1.2 氨氮废水的来源15-16
• 1.1.3 氨氮废水的危害16-20
• 1.2 脱氮技术的国内外研究进展20-28
• 1.2.1 生物脱氮法21-25
• 1.2.2 物理脱氮法25-26
• 1.2.3 化学脱氮法26-28
• 1.3 蜂巢石的简介28-29
• 1.3.1 蜂巢石的概述28
• 1.3.2 蜂巢石的研究进展28-29
• 1.4 研究目的、意义和内容29-31
• 1.4.1 研究目的29
• 1.4.2 研究意义29-30
• 1.4.3 研究内容30-31
• 第二章 蜂巢石的改性及其结果31-44
• 2.1 实验主要药品及仪器31-33
• 2.1.1 实验材料31
• 2.1.2 实验试剂31-32
• 2.1.3 实验仪器32-33
• 2.2 蜂巢石的改性方法33-36
• 2.2.1 蜂巢石样品的预处理33
• 2.2.2 氨氮标准曲线的绘制33-34
• 2.2.3 蜂巢石的酸改性34-35
• 2.2.4 蜂巢石的碱改性35
• 2.2.5 蜂巢石的盐改性35-36
• 2.2.6 蜂巢石的焙烧改性36
• 2.3 改性蜂巢石比表面积的测定及结果分析36-44
• 2.3.1 亚甲基蓝标准溶液的配制36-37
• 2.3.2 亚甲基蓝标准曲线的绘制37
• 2.3.3 改性蜂巢石比表面积的测定37-38
• 2.3.4 比表面积的测定结果及分析38-44
• 第三章 改性蜂巢石的表征44-49
• 3.1 改性蜂巢石的BET表征44-45
• 3.2 改性蜂巢石的SEM表征45-46
• 3.3 改性蜂巢石的XRD表征46-47
• 3.4 改性蜂巢石的傅立叶红外光谱分析47-49
• 第四章 改性蜂巢石对氨氮废水吸附性能研究49-53
• 4.1 氨氮初始浓度对吸附性能的影响分析49-50
• 4.2 接触时间对吸附性能的影响分析50-51
• 4.3 改性蜂巢石投加量对吸附性能的影响分析51-52
• 4.4 pH值对吸附性能的影响分析52-53
• 第五章 改性蜂巢石对氨氮的吸附热力学和动力学研究53-59
• 5.1 改性蜂巢石对氨氮的吸附热力学研究53-55
• 5.1.1 Langmuir等温式53-54
• 5.1.2 Freundlich等温式54-55
• 5.2 改性蜂巢石对氨氮的吸附动力学研究55-59
• 5.2.1 Lagergren拟一级动力学模型[70]55-56
• 5.2.2 Lagergren拟二级动力学模型[71]56-57
• 5.2.3 内部扩散模型57-59
• 第六章 结论与展望59-61
• 6.1 结论59-60
• 6.2 展望60-61
• 参考文献61-65
• 致谢65-66
• 作者简介及读研期间主要科研成果66

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