蜂巢石对重金属离子的吸附性能和吸附机理研究

发布时间：2017-09-05 10:29

  本文关键词：蜂巢石对重金属离子的吸附性能和吸附机理研究

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【摘要】：随着现代工农业的快速发展,人类生产生活过程中产生了大量的重金属废水,使水体污染加剧,严重威胁了人们的生命健康和生态系统的稳定。目前,国内外处理重金属废水的方法很多,主要有吸附法、电解法、氧化还原法、离子交换法、膜分离法等,这些方法的应用各有针对性,而且大部分已经得到普遍使用。矿物吸附技术作为新兴的废水处理技术,在重金属污染治理领域受到越来越多的关注。矿物吸附法的吸附材料来源广泛,价格低廉,并且可以回收,在环境保护和重金属回收方面具有巨大的优势。开发这种安全、高效的吸附材料,对于解决重金属污染的水环境问题有着重要意义。本文以蜂巢石为研究对象,首先介绍了它在废水处理领域的研究进展和应用实例,然后通过理化试验对蜂巢石的结构特征和相关性质进行了研究分析,发现其具有一定的阳离子吸纳能力。在此基础上以Mn2+、Cr6+、Pb2+、Cd2+为吸附对象,通过静态吸附实验,研究蜂巢石对重金属离子的吸附性能,探索重金属废水处理的新技术、新方法和新工艺。并且利用吸附动力学模型、吸附等温线模型和结构表征,进一步揭示蜂巢石对重金属离子的吸附机理。研究结果表明:蜂巢石表面孔隙发育较好,比表面积较大,是一种优质的吸附材料。比表面积的大小不仅与其产地有关,还与其粒径的大小有关,一般粒径越小比表面积越大。蜂巢石的结晶度很高,基本在87%以上,晶体结构为硅氧四面体的骨架结构,表面带有负电荷,能够吸纳一定电量的阳离子。晶型完整,晶粒与晶粒之间的间距较小,在2.8641nm~2.9976nm之间,容易产生微孔,有利于增加其有效的吸附空间。孔隙特性研究发现,微孔和中孔是蜂巢石吸附行为的主要参与者(孔半径5~70A),最理想的吸附位置为孔半径在5.6A左右的孔隙。静态吸附实验结果表明,蜂巢石的投加量和溶液的pH值是影响吸附效果的重要因素,蜂巢石吸附Mn2+、Pb2+、Cd2+的最佳条件为:pH=5,投加量0.4g/L,初始浓度5mg/L,此时吸附效果最好,去除率达到80%以上,吸附量超过10.00mg/g;蜂巢石吸附Cr6+的最佳条件为:pH=2,投加量0.3g/L,初始浓度5mg/L,此时吸附效果最好,去除率可以达到99.61%,吸附量在17.00mg/g左右。蜂巢石对低浓度的重金属废水处理效果较好,吸附反应速率较快,30min内基本完成吸附,1h便能达到动态平衡。Lagergren拟一级动力学方程和Langmuir吸附等温线方程可以较好地描述蜂巢石对Mn2+、Cr6+、Pb2+、Cd2+四种重金属离子的吸附过程,以物理吸附为主化学吸附为辅,由单分子层吸附过渡到多分子层吸附。吸附完成后蜂巢石的表面变得平整光滑、密实紧凑,晶粒增大,晶面间距减小,说明蜂巢石对重金属离子的吸附是有效的,金属离子填满了表面孔隙,占据了活性位点,甚至有些金属离子已经进入到蜂巢石的内部,填充在晶粒之间。
【关键词】：蜂巢石 重金属离子 吸附性能 吸附机理
【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;O647.3
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 绪论13-27
• 1.1 课题研究背景13-14
• 1.2 重金属废水的来源及治理方法14-23
• 1.2.1 重金属废水的来源14-16
• 1.2.2 重金属污染的特点16
• 1.2.3 重金属污染的危害16-19
• 1.2.4 重金属废水的治理方法19-23
• 1.3 矿物材料在废水处理中的研究进展23-25
• 1.3.1 矿物材料的结构特征23
• 1.3.2 矿物材料的基本性能23-24
• 1.3.3 常见的矿物材料吸附剂24-25
• 1.3.4 矿物材料在重金属废水处理中的应用25
• 1.4 蜂巢石简介25-27
• 1.4.1 蜂巢石概述25-26
• 1.4.2 蜂巢石的研究进展26-27
• 第二章 材料及方法27-34
• 2.1 实验材料27-28
• 2.2 实验试剂28-29
• 2.3 实验仪器29
• 2.4 实验方法29-34
• 2.4.1 蜂巢石样品的预处理29
• 2.4.2 蜂巢石表征29-30
• 2.4.3 蜂巢石比选30
• 2.4.4 蜂巢石吸附重金属离子的实验研究30-34
• 第三章 蜂巢石微观结构表征34-40
• 3.1 比表面积（BET法）分析34
• 3.2 SEM电镜图像分析34-36
• 3.3 X-衍射（XRD）分析36-37
• 3.4 傅里叶红外光谱分析37-38
• 3.5 本章小结38-40
• 第四章 蜂巢石对重金属离子的吸附性能研究40-52
• 4.1 蜂巢石比选研究40-43
• 4.1.1 蜂巢石比选实验40-41
• 4.1.2 蜂巢石孔隙特性研究41-43
• 4.2 蜂巢石静态吸附实验探究43-51
• 4.2.1 溶液pH值对吸附的影响44-46
• 4.2.2 投加量对吸附的影响46-48
• 4.2.3 震荡时间对吸附效果的影响48-49
• 4.2.4 初始浓度对吸附效果的影响49-51
• 4.3 本章小结51-52
• 第五章 蜂巢石对重金属离子吸附行为的机理研究52-62
• 5.1 吸附动力学模型52-55
• 5.2 吸附等温线模型55-58
• 5.3 吸附后蜂巢石SEM图像分析58-59
• 5.4 吸附后蜂巢石XRD图谱分析59-60
• 5.5 本章小结60-62
• 第六章 结论与建议62-64
• 6.1 结论62-63
• 6.2 建议与展望63-64
• 参考文献64-69
• 致谢69-70
• 作者简介70

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本文编号：797449