米易硅藻土的改性及对钒（Ⅴ）的吸附性能研究

发布时间：2018-03-19 18:33

本文选题：硅藻土　切入点：钒　出处：《成都理工大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：巴关河渣场作为攀钢排弃堆放高炉渣的场所,近年来堆渣量在逐年增大,目前渣场的承载能力已接近其使用极限。在雨水的长期侵蚀下,渣堆中的重金属离子会释放出来进入矿区的地表水体,研究已表明,巴关河渣场附近的土壤和水系沉积物中,钒的污染程度均已达中—强度污染。钒污染将会对人、动物和植物产生严重的危害,人或动物若摄入过量的钒,会引发如鼻炎、哮喘、结膜炎、甚至是肺癌等疾病;若植物体内的钒过量,将会限制其生长,降低农作物产量,影响植物对某些营养物质的吸收,甚至导致植物中毒死亡。特别是该渣场距离最近的民房距离不足300m,V(Ⅴ)的生物毒性强,这必将对附近居民的健康带来严重危害,所以对钒污染的治理目前是刻不容缓!鉴于攀枝花地区有大量的硅藻土资源,硅藻土以其独特的微孔结构、比表面积较大、表面有大量的硅羟基和氢键等特点在重金属污染(特别是阳离子形式存在的重金属离子)中有广泛应用,因此本文拟优选攀枝花地区的硅藻土通过改性研究为当地的钒污染治理提供技术支撑,并可推广应用于我国其他资源丰富地区的污染治理,具有典型性和重要的示范意义。本文通过实验优选了米易硅藻土,在查明其基本性状的基础上,分别进行了热处理改性、盐酸改性、硫酸亚铁改性和硝酸铁改性,通过静态吸附实验优选出吸附效果好的硝酸铁改性方法,并结合XRD物相分析、XRF成分分析、SEM形貌分析、比表面积分析和ICP-OES分析等分析方法进行了表征,进而研究了吸附时间、钒的初始浓度、pH值和温度等对硝酸铁改性硅藻土吸附性能的影响,对吸附机理进行了初步探讨,并用野外中试试验验证了动态淋滤下硝酸铁改性硅藻土对V(Ⅴ)具有良好的吸附效果。研究结果如下:(1)米易硅藻土主要由直链藻、圆盘藻、冠盘藻和小环藻等硅藻构成,晶化现象明显,其SiO2含量71.0617wt%,其次含有Al2O3(12.7096wt%)、Fe2O3(3.8894 wt%)、K2O(1.9089 wt%)和MgO(1.1524 wt%)等杂质。(2)鉴于米易硅藻土原矿晶化现象明显,400℃热处理改性进一步加强了其晶化程度,降低了比表面积,因此不利于提高其吸附性能;盐酸处理改性较明显地提高了其比表面积,有利于提高其吸附效果,但是提高程度有限。(3)与硫酸亚铁相比,硝酸铁改性硅藻土对V(Ⅴ)的吸附效果优异得多,在铁离子浓度为0.5mol/L时,硝酸铁改性硅藻土对V(Ⅴ)的单位吸附量是未改性的5.6倍,而硫酸亚铁改性的硅藻土对V(Ⅴ)的单位吸附量仅仅是未改性的1.7倍。(4)硝酸铁改性硅藻土的负载物为纳米级α-Fe2O3和α-FeOOH,负载后SiO2的特征衍射峰强度明显弱化,但比表面积由之前的17.869m2/g陡增至95.684m2/g,对V(Ⅴ)的单位吸附量是未改性的45倍。(5)时间为12h后,硝酸铁改性米易硅藻土对V(Ⅴ)的吸附逐渐达到吸附平衡,该过程更符合准二级动力学模型,表明该吸附过程中存在化学吸附,平衡吸附量Qe=42.23mg/g;改性硅藻土对V(Ⅴ)的吸附量随温度的升高而降低,该吸附特征更符合Langmuir等温方程式,为单分子层吸附;该吸附过程是自发进行的且属于放热反应,在相同温度下随着V(Ⅴ)初始浓度的从46.35mg/L、101.40mg/L和122.60 mg/L的递增,自发性呈降低趋势;p H值为4时,其对V(Ⅴ)的吸附量达到本实验的峰值47.28mg/g。(6)用自研制的淋滤罐(直径为1.0m,高度1.70m,有效容积约为1.2m3)在野外对钒超标的水进行了中试试验,在历时92d,总处理水量为275吨后,处理液中V(Ⅴ)的浓度仍低于生活用水的50μg/L安全限额,且此时的去除率仍高于50%,说明硝酸铁改性硅藻土在动态淋滤中对V(Ⅴ)仍有良好的处理效果。
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【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X703;O647.3

【参考文献】