金属负载壳聚糖颗粒去除水中硝酸盐及吸附动力学研究

发布时间：2017-06-30 03:03

  本文关键词：金属负载壳聚糖颗粒去除水中硝酸盐及吸附动力学研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：化肥的过量使用和工业废水的不合理排放导致了严重的地下水硝酸盐污染。过量的硝酸盐会对人体健康和生态环境构成严重威胁。硝酸盐通常具有高度可溶、低吸附性和易于扩散等特点,这就增加了从水中去除硝酸盐的难度。目前,生物反硝化和离子交换法是两种比较常用的处理方法,其主要缺点分别是产生大量的剩余污泥和卤水。吸附法因其成本低廉、操作简单、高效实用以及吸附剂可重复使用等优点在工业废水和城市污水处理中得到广泛关注。本研究利用氯化铁负载壳聚糖颗粒吸附去除水中的硝酸盐,采用扫描电镜(SEM)、比表面积及孔隙分析仪(BET)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对吸附剂进行表征,研究了吸附剂投加量、初始硝酸盐浓度、pH和共存离子等因素对硝酸盐去除的影响。结果表明:铁负载壳聚糖颗粒吸附剂的硝酸盐氮最大吸附容量为8.35 mg·g 1。硝酸盐吸附是一个自发的放热过程且几乎不受pH和温度的影响,吸附过程符合伪二级动力学模型和Langmuir-Freundlich等温模型。经氯化钠溶液再生过的吸附剂可以重复使用,且吸附容量基本不变。为了优化硝酸盐吸附条件,合成了一种机械强度高、耐酸碱性好的铁铝负载壳聚糖颗粒吸附剂。该吸附剂的硝酸盐氮最大吸附容量为8.58 mg·g 1。吸附机理主要是静电吸引和离子交换作用,并伴随着颗粒内扩散过程。采用析因设计方法对吸附剂投加量、初始硝酸盐浓度、pH和温度进行优化,并揭示了它们之间的相互关系对平衡吸附量的影响。提出“比速率常数”来消除吸附剂投加量的影响,比伪一级速率常数更适合描述硝酸盐在铁铝负载壳聚糖颗粒上的吸附过程。扩展的Freundlich模型很好地描述了硝酸盐和硫酸盐之间的竞争吸附关系。为了更好地描述固/液界面处的吸附和解吸行为,对伪一级和伪二级动力学模型进行修正,提出动力学模型I和动力学模型II,并用于描述硝酸盐在铁负载壳聚糖颗粒上的吸附过程。拟合优度通过确定系数和卡方值进行评估。结果表明:这两个动力学模型可以很好地描述硝酸盐在铁负载壳聚糖颗粒上的吸附过程,吸附量随时间呈指数增加,并趋于一个确定的值。理论推导揭示了动力学模型I和动力学模型II分别与伪一级和伪二级动力学模型之间的数学关系。
【关键词】：硝酸盐 壳聚糖 吸附 动力学 再生
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 地下水硝酸盐污染原因和现状10-11
• 1.2 地下水硝酸盐污染危害与标准11-12
• 1.3 硝酸盐污染处理技术12-18
• 1.3.1 物理法12-14
• 1.3.2 化学法14-16
• 1.3.3 生物法16-18
• 1.4 研究目的、内容与创新点18-19
• 1.4.1 研究目的18
• 1.4.2 研究内容18-19
• 1.4.3 研究创新点19
• 1.5 技术路线19-20
• 第2章 铁负载壳聚糖去除水中的硝酸盐20-37
• 2.1 引言20
• 2.2 材料与方法20-25
• 2.2.1 试剂20-21
• 2.2.2 实验仪器21-22
• 2.2.3 吸附剂制备22
• 2.2.4 分析方法22-23
• 2.2.5 实验方法23-25
• 2.3 实验结果与讨论25-35
• 2.3.1 吸附剂表征25-27
• 2.3.2 投加量的影响27
• 2.3.3 溶液pH的影响27-28
• 2.3.4 共存离子的影响28-29
• 2.3.5 吸附动力学29-31
• 2.3.6 吸附等温线31-33
• 2.3.7 吸附热力学33-34
• 2.3.8 吸附剂再生34-35
• 2.4 小结35-37
• 第3章 铁铝负载壳聚糖去除水中的硝酸盐37-53
• 3.1 引言37
• 3.2 材料与方法37-39
• 3.2.1 试剂和材料37-38
• 3.2.2 实验仪器38
• 3.2.3 实验方法38-39
• 3.3 实验结果与讨论39-52
• 3.3.1 吸附剂表征39-42
• 3.3.2 析因设计42-47
• 3.3.3 动力学研究47-49
• 3.3.4 竞争吸附49-51
• 3.3.5 吸附剂再生51-52
• 3.4 小结52-53
• 第4章 硝酸盐吸附动力学研究53-65
• 4.1 引言53
• 4.2 材料与方法53-54
• 4.2.1 试剂53
• 4.2.2 动力学实验53-54
• 4.3 理论分析54-59
• 4.4 实验结果与讨论59-64
• 4.4.1 重复性评估59-60
• 4.4.2 动力学模型分析60-64
• 4.5 小结64-65
• 第5章 结论与建议65-67
• 5.1 结论65
• 5.2 建议65-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-77
• 附录77-78

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