锆改性凹土对水体与底泥中重金属的吸附与固定效果研究

发布时间：2017-08-10 13:11

  本文关键词：锆改性凹土对水体与底泥中重金属的吸附与固定效果研究

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【摘要】：水体重金属污染已是当今世界面临的主要环境问题之一,严重影响人们的生产和生活活动。黏土矿物因其具备无毒、廉价等特点越来越多地被应用到环境重金属的治理和修复中。针对目前污水与底泥中出现的多种重金属复合污染问题,本论文以凹凸棒黏土为材料,采用锆改性的方法,研究锆改性凹凸棒对水体与底泥中砷、铅与镉的污染控制。研究发现,当凹凸棒与氧氯化锆质量比为1：2时所制备的锆改性凹凸棒(Zr-ATP)对As3+、Ass+、Pb2+、Cd2+均有较好的吸附性能,这主要是由于纳米锆离子已经成功负载到凹凸棒的纳米孔道中,增强了原状凹凸棒(ATP)的活性,从而增加了Zr-ATP对重金属的吸附容量。批处理实验表明,Zr-ATP对As3+、As5+、Pb2+、Cd2+等温吸附符合Freundlich吸附等温线模型,吸附动力学实验表明,Zr-ATP对As3+、As5+、Pb2+、Cd2+动力学吸附符合准二级动力学方程,相关系数都达到0.999以上,当吸附剂投加量为8g/L,Zr-ATP对As3+、As5+、Pb2+、Cd2+吸附最优。经过3次脱附试验后,Zr-ATP对As3+、As5+、Pb2+、Cd2+仍有较好的吸附性能,表明Zr-ATP吸附剂有良好的再生循环性能。从实际应用的角度考虑,对ATP进行混合造粒,并采用低温(200℃)烧结处理,制备不易水解的颗粒态凹凸棒,对颗粒凹凸棒进行锆改性处理,制备颗粒态锆改性凹凸棒颗粒,基于固定柱吸附动态试验,研究制备材料对不同重金属的吸附效果。结果表明,适宜水流速为5.0ml/min, Zr-ATP吸附剂延长了穿透时间,提高了吸附剂的饱和吸附量,Zr-ATP吸附剂对As3+、As5+、Pb2+、Cd2+的饱和吸附量分别增加了40.87%、63.75%、30.21%、48.15%,由于吸附剂与重金属离子接触时间短,导致动态吸附量远低于静态吸附量。采用不同种类凹凸棒(白云石凹凸棒、700℃热改性凹凸棒、ATP、Zr-ATP)和原状沸石6种材料对复合污染底泥进行固定化试验,并基于BCR形态提取研究底泥中重金属的形态变化。结果表明,随着固化剂添加量的增加,固化剂对底泥的固化效果越好,当Zr-ATP固化剂施加量为10%时,6种固化剂对底泥的固化效果最好,6种材料中Zr-AT能显著降低底泥中酸可提取态的铅和镉,使酸可提取态的铅和镉降低14.75%和28.99%,残渣态的铅和镉增加了11.22%和6.58%,毒性浸出程序实验(TCLP)表明,铅和镉的TCLP浸出量减少了62.04%、85.32%。生物评估研究方法(SBET)表明,铅和镉浸出量减少了63.60%和51.48%,这些结论表明,固化剂不仅改变了底泥中重金属铅、镉的形态百分含量,而且降低底泥中重金属的生物有效性。
【关键词】：锆改性凹凸棒石 重金属 吸附固定 底泥 生物有效性
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X52;O647.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 引言10-11
• 1.2 重金属污染的治理方法及比较11-15
• 1.2.1 物理化学法11-12
• 1.2.2 化学法12-13
• 1.2.3 生物法13
• 1.2.4 底泥异位修复技术13
• 1.2.5 底泥原位处理技术13-15
• 1.3 天然黏土矿物吸附剂的研究及应用15-17
• 1.3.1 膨润土的研究及应用15
• 1.3.2 沸石的研究及应用15-16
• 1.3.3 海泡石的研究及应用16
• 1.3.4 凹凸棒的研究及应用16-17
• 1.4 课题研究意义及主要内容17-19
• 1.4.1 课题研究意义17-18
• 1.4.2 课题研究主要内容18-19
• 2 锆改性凹凸棒石除砷、铅、镉的性能研究19-40
• 2.1 引言19
• 2.2 材料与方法19-22
• 2.2.1 试剂及仪器19-20
• 2.2.2 方法20-22
• 2.3 结果与讨论22-39
• 2.3.1 锆改性凹凸棒制备影响因素22-24
• 2.3.2 吸附条件对Zr-ATP吸附剂除砷性能的影响24-31
• 2.3.3 吸附条件对锆改性凹凸棒吸附铅、镉的影响31-37
• 2.3.4 脱附及再生实验37
• 2.3.5 锆改性凹凸棒吸附机理的研究37-39
• 2.4 小结39-40
• 3 锆改性凹凸棒的颗粒化及除铅、镉的实验研究40-55
• 3.1 引言40
• 3.2 材料和方法40-43
• 3.2.1 材料及仪器40-42
• 3.2.2 方法42-43
• 3.3 结果与讨论43-52
• 3.3.1 烧结温度对凹凸棒颗粒散失率的影响43-44
• 3.3.2 Zr-ATP对砷的动态吸附实验44-48
• 3.3.3 铅、镉动态吸附实验48-52
• 3.4 吸附剂的解析和再生52-53
• 3.5 小结53-55
• 4 重金属污染底泥固化剂优选55-68
• 4.1 引言55
• 4.2 材料与方法55-58
• 4.2.1 试剂及仪器55-56
• 4.2.2 方法56-58
• 4.3 结果与讨论58-66
• 4.3.1 底泥的基本理化性质58-59
• 4.3.2 实验污染底泥的制备59
• 4.3.3 底泥重金属固化剂种类59-64
• 4.3.4 不同固化剂对重金属的固化效果分析64-66
• 4.4 小结66-68
• 5 结论与展望68-71
• 5.1 结论68-69
• 5.2 创新点69
• 5.3 展望69-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-77

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本文编号：650878