褐煤金属盐改性去除焦化厂循环水中氟离子性能研究
发布时间：2021-03-01 20:08
对于除氟研究,国内外主要研究饮用水除氟和工业排放污水除氟,而对于循环水的除氟重视程度不深。氟是动植物必需的元素,动物摄入过多氟会引起多种并发症,土壤中氟含量过高对植物生长造成抑制,循环水中氟离子含量过高会腐蚀初冷器管路,造成有毒、有害物质泄漏造成人员中毒或环境事故。褐煤本身有一定孔隙结构和丰富的官能团,是一种天然吸附剂。为了达到高效去除氟离子的目的,可将褐煤有针对性的进行改性。本文对褐煤的改性条件和氟离子吸附条件进行优化试验,分析改性褐煤对氟离子的吸附机理,并将改性后的褐煤在现场含氟循环水中进行除氟试验,探究在现场含氟循环水处理中的除氟效果。褐煤的改性过程是将大块褐煤进行破碎、筛分、清洗和烘干,制成粒径为0.074-0.125mm的预处理褐煤（LE）。将LE在管式炉隔氧碳化,将碳化后的褐煤（LE-C）浸渍FeCl3溶液,浸渍后的褐煤用去离子水清洗数次来去除浸渍液残留,烘干后即得改性褐煤（LE-C-Fe）。对LE、LE-C、LE-C-Fe和LE-C-Fe-F（吸附氟离子后的改性褐煤）进行比表面积、形貌、表面元素、表面官能团和Zeta电位等分析,得到以下结论:碳化过程...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究技术路线
2文献综述5叶子会出现脱色变黄、叶缘枯死等现象，果实严重腐烂；甚至造成大面积的果树枯死，造成经济损失[8]。氟组成人和其他动物的牙齿及骨骼的成分之一，饮水中低浓度的氟（0.4~1.0mg/L）可促进钙和磷的代谢，特别是对于年幼的孩子而言，它促进牙釉质的钙化保护牙齿免受蛀牙危害。动物体中含有微量氟元素，大部分分布在骨骼、毛发、指甲中，人体内总约含氟2~3g。摄入适量的氟，会促进骨骼组织发育和成熟，增加牙齿强度，提高抗龋能力。氟缺少时会导致龋齿、骨骼变形、骨骼生长缓慢和骨质疏松症。但人体每日摄取大于4mg的氟，则会造成氟中毒，并增加对癌症、神经系统的易感性[17]。长期食用含氟量高的水、蔬菜等，使得氟在人体内中贮存，损害人体的呼吸系统、消化系统、神经系统和免疫系统等，致使器官发生病变甚至引发肿瘤。氟对土壤、植物、生物存在极大的潜在危害。我国当前有超过7000万人口仍处于氟危害中，一方面是由于某些区域的自然条件造成，水体中的氟浓度偏高；另外一方面是工业废水中氟排放量较大造成，因此处理高氟工业废水刻不容缓。2.2除氟的方法（MethodofRemovingFluorine）处理含氟废水的方法有很多，常用的有吸附法、沉淀法、电凝聚法、膜分离法、离子交换树脂法等。2.2.1吸附法吸附法除氟是通过吸附剂表面的吸附特性或者其本身的离子与基团能够交换氟。除氟机理主要有：范德华力、离子交换、氢键作用、配位交换和吸附剂表面化学修饰[9]，如下图所示：图2-1吸附氟离子机理Figure2-1MechanismofF-adsorption
硕士学位论文28图4-8各个改性阶段的SEM扫描Figure4-8SEMscanningofeachmodificationstage图4-8中a、b、c、d分布表示预处理褐煤（LE）、碳化褐煤（LE-C）、浸渍褐煤（LE-Fe）、改性褐煤（LE-C-Fe）。从上图中可以看出，将不同改性阶段的褐煤放大1500倍后，LE表面能看出有孔结构存在，但是孔隙阻塞严重，孔结构不规整。从b中可以看出，经过碳化后表面形貌变化较大，表面呈沸腾状，说明高温下褐煤中不稳定的基团化学键断裂形成焦油、碳氧化物和氮氧化物等随着惰性气体的流通离开褐煤，造成孔隙结构重构，微孔数量增多、孔容增大，孔隙阻塞问题得到解决。从c中可以看出，只浸渍的褐煤（LE-Fe）表面结构跟a相比变化不大，但表面有被铁与氯离子浸蚀的现象，从该样品的能谱面扫描结果上看，铁与氯元素成功负载到褐煤表面，但是相较于b来说，孔结构依旧堵塞严重，说明碳化有助于减缓褐煤孔隙阻塞问题，增加比表面积，这一点与前面BET表征分析结果一致。从d中可以看出，最佳改性条件下的褐煤表面孔隙明晰，孔道发达，LE-C-Fe的表面元素能谱分析也说明氯与铁元素被均匀负载到褐煤表面。将四种样品的表面元素进行EDS能谱分析，结果见表4-2所示。abcd
【参考文献】：
期刊论文
[1]提升回用水pH值减缓循环水系统腐蚀[J]. 罗晗月. 全面腐蚀控制. 2019(11)
[2]两级沉淀法处理液晶面板生产中含氟废水的研究[J]. 金月清,曾旭. 中国给水排水. 2019(21)
[3]改性纳米级Fe3O4对地下水中氟的吸附性能研究[J]. 吴承慧,陈长安,高旭波,梁震. 环境科学与技术. 2019(06)
[4]改性活性炭对饮用水中氟离子的静态吸附研究[J]. 李艳,高美娟. 化学工程师. 2019(05)
[5]改性/新型氟吸附材料的研究进展[J]. 赵迎新,宋倩,马同宇,田泽申,季民. 工业水处理. 2018(05)
[6]改性煤渣对含氟废水吸附性能的研究[J]. 程伟玉,高宇,张军生,周广柱,肖新峰. 山东化工. 2017(11)
[7]循环冷却水处理技术发展历程与现状[J]. 罗继红,王岽. 绿色科技. 2016(08)
[8]不同合成方法对羟基磷灰石吸附水中氟离子性能的影响[J]. 江声,刘先松. 安徽大学学报(自然科学版). 2016(02)
[9]河北省农村高氟饮用水降氟技术探讨[J]. 赵领弟,董瑞海,顾宝群. 河北水利. 2016(02)
[10]X射线光电子能谱对褐煤中碳氧形态的研究[J]. 贺琼琼,苗真勇,万克记,黄少萌. 煤炭技术. 2016(01)
博士论文
[1]杂环季氮负载活性炭的制备及全氟羧酸盐吸附性能研究[D]. 孙浩.中国矿业大学 2019
[2]纤维素基吸附材料的制备及其性能研究[D]. 岳新霞.苏州大学 2019
[3]金属表面上有机分子吸附和选择反应机制的理论研究[D]. 姜颖达.南京理工大学 2018
[4]天然材料改性与吸附水中氟的性能研究[D]. 刘杰.湖南大学 2016
[5]有机废水的煤吸附净化机理研究[D]. 徐宏祥.中国矿业大学 2015
[6]修饰与改性钛氧纳米管的制备及催化性能研究[D]. 宋娟娟.南开大学 2013
硕士论文
[1]Al（OH）3改性羟基磷灰石的制备及其对氟离子的吸附性能研究[D]. 张灿.中国矿业大学 2019
[2]改性蛭石对水中氟离子的吸附性能研究[D]. 李英.石河子大学 2018
[3]火山岩基多孔陶粒吸附去除地下水中氟的特性和机理研究[D]. 宋倩.天津大学 2018
[4]聚吡咯负载花生壳质生物炭去除水中氟的研究[D]. 李春鹭.中国地质大学(北京) 2017
[5]高氟废水除氟新技术研究[D]. 刘鸿飞.昆明理工大学 2017
[6]锰、锆复合吸附剂的制备及除氟机理研究[D]. 李茜.华中科技大学 2017
[7]金属改性壳聚糖复合吸附剂的制备及水中除氟性能研究[D]. 陈静娴.广东药科大学 2017
[8]壳聚糖调控纳米钙氧化物的制备及其对水中氟离子高效净化研究[D]. 陈彦红.东华大学 2017
[9]硫酸铝对活性氧化铝动态除氟效能的影响[D]. 胡熹.哈尔滨工业大学 2016
[10]吸附超滤联用工艺去除水中氟离子的研究[D]. 刘伟.哈尔滨商业大学 2016
本文编号：3057968
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究技术路线
2文献综述5叶子会出现脱色变黄、叶缘枯死等现象，果实严重腐烂；甚至造成大面积的果树枯死，造成经济损失[8]。氟组成人和其他动物的牙齿及骨骼的成分之一，饮水中低浓度的氟（0.4~1.0mg/L）可促进钙和磷的代谢，特别是对于年幼的孩子而言，它促进牙釉质的钙化保护牙齿免受蛀牙危害。动物体中含有微量氟元素，大部分分布在骨骼、毛发、指甲中，人体内总约含氟2~3g。摄入适量的氟，会促进骨骼组织发育和成熟，增加牙齿强度，提高抗龋能力。氟缺少时会导致龋齿、骨骼变形、骨骼生长缓慢和骨质疏松症。但人体每日摄取大于4mg的氟，则会造成氟中毒，并增加对癌症、神经系统的易感性[17]。长期食用含氟量高的水、蔬菜等，使得氟在人体内中贮存，损害人体的呼吸系统、消化系统、神经系统和免疫系统等，致使器官发生病变甚至引发肿瘤。氟对土壤、植物、生物存在极大的潜在危害。我国当前有超过7000万人口仍处于氟危害中，一方面是由于某些区域的自然条件造成，水体中的氟浓度偏高；另外一方面是工业废水中氟排放量较大造成，因此处理高氟工业废水刻不容缓。2.2除氟的方法（MethodofRemovingFluorine）处理含氟废水的方法有很多，常用的有吸附法、沉淀法、电凝聚法、膜分离法、离子交换树脂法等。2.2.1吸附法吸附法除氟是通过吸附剂表面的吸附特性或者其本身的离子与基团能够交换氟。除氟机理主要有：范德华力、离子交换、氢键作用、配位交换和吸附剂表面化学修饰[9]，如下图所示：图2-1吸附氟离子机理Figure2-1MechanismofF-adsorption
硕士学位论文28图4-8各个改性阶段的SEM扫描Figure4-8SEMscanningofeachmodificationstage图4-8中a、b、c、d分布表示预处理褐煤（LE）、碳化褐煤（LE-C）、浸渍褐煤（LE-Fe）、改性褐煤（LE-C-Fe）。从上图中可以看出，将不同改性阶段的褐煤放大1500倍后，LE表面能看出有孔结构存在，但是孔隙阻塞严重，孔结构不规整。从b中可以看出，经过碳化后表面形貌变化较大，表面呈沸腾状，说明高温下褐煤中不稳定的基团化学键断裂形成焦油、碳氧化物和氮氧化物等随着惰性气体的流通离开褐煤，造成孔隙结构重构，微孔数量增多、孔容增大，孔隙阻塞问题得到解决。从c中可以看出，只浸渍的褐煤（LE-Fe）表面结构跟a相比变化不大，但表面有被铁与氯离子浸蚀的现象，从该样品的能谱面扫描结果上看，铁与氯元素成功负载到褐煤表面，但是相较于b来说，孔结构依旧堵塞严重，说明碳化有助于减缓褐煤孔隙阻塞问题，增加比表面积，这一点与前面BET表征分析结果一致。从d中可以看出，最佳改性条件下的褐煤表面孔隙明晰，孔道发达，LE-C-Fe的表面元素能谱分析也说明氯与铁元素被均匀负载到褐煤表面。将四种样品的表面元素进行EDS能谱分析，结果见表4-2所示。abcd
【参考文献】：
期刊论文
[1]提升回用水pH值减缓循环水系统腐蚀[J]. 罗晗月. 全面腐蚀控制. 2019(11)
[2]两级沉淀法处理液晶面板生产中含氟废水的研究[J]. 金月清,曾旭. 中国给水排水. 2019(21)
[3]改性纳米级Fe3O4对地下水中氟的吸附性能研究[J]. 吴承慧,陈长安,高旭波,梁震. 环境科学与技术. 2019(06)
[4]改性活性炭对饮用水中氟离子的静态吸附研究[J]. 李艳,高美娟. 化学工程师. 2019(05)
[5]改性/新型氟吸附材料的研究进展[J]. 赵迎新,宋倩,马同宇,田泽申,季民. 工业水处理. 2018(05)
[6]改性煤渣对含氟废水吸附性能的研究[J]. 程伟玉,高宇,张军生,周广柱,肖新峰. 山东化工. 2017(11)
[7]循环冷却水处理技术发展历程与现状[J]. 罗继红,王岽. 绿色科技. 2016(08)
[8]不同合成方法对羟基磷灰石吸附水中氟离子性能的影响[J]. 江声,刘先松. 安徽大学学报(自然科学版). 2016(02)
[9]河北省农村高氟饮用水降氟技术探讨[J]. 赵领弟,董瑞海,顾宝群. 河北水利. 2016(02)
[10]X射线光电子能谱对褐煤中碳氧形态的研究[J]. 贺琼琼,苗真勇,万克记,黄少萌. 煤炭技术. 2016(01)
博士论文
[1]杂环季氮负载活性炭的制备及全氟羧酸盐吸附性能研究[D]. 孙浩.中国矿业大学 2019
[2]纤维素基吸附材料的制备及其性能研究[D]. 岳新霞.苏州大学 2019
[3]金属表面上有机分子吸附和选择反应机制的理论研究[D]. 姜颖达.南京理工大学 2018
[4]天然材料改性与吸附水中氟的性能研究[D]. 刘杰.湖南大学 2016
[5]有机废水的煤吸附净化机理研究[D]. 徐宏祥.中国矿业大学 2015
[6]修饰与改性钛氧纳米管的制备及催化性能研究[D]. 宋娟娟.南开大学 2013
硕士论文
[1]Al（OH）3改性羟基磷灰石的制备及其对氟离子的吸附性能研究[D]. 张灿.中国矿业大学 2019
[2]改性蛭石对水中氟离子的吸附性能研究[D]. 李英.石河子大学 2018
[3]火山岩基多孔陶粒吸附去除地下水中氟的特性和机理研究[D]. 宋倩.天津大学 2018
[4]聚吡咯负载花生壳质生物炭去除水中氟的研究[D]. 李春鹭.中国地质大学(北京) 2017
[5]高氟废水除氟新技术研究[D]. 刘鸿飞.昆明理工大学 2017
[6]锰、锆复合吸附剂的制备及除氟机理研究[D]. 李茜.华中科技大学 2017
[7]金属改性壳聚糖复合吸附剂的制备及水中除氟性能研究[D]. 陈静娴.广东药科大学 2017
[8]壳聚糖调控纳米钙氧化物的制备及其对水中氟离子高效净化研究[D]. 陈彦红.东华大学 2017
[9]硫酸铝对活性氧化铝动态除氟效能的影响[D]. 胡熹.哈尔滨工业大学 2016
[10]吸附超滤联用工艺去除水中氟离子的研究[D]. 刘伟.哈尔滨商业大学 2016
本文编号：3057968
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