赤泥基粒状除磷材料的制备、表征及特性研究
发布时间：2021-08-26 05:49
赤泥是氧化铝工业排出的固体废渣,产量大且污染环境。为实现以废治废,本文在总结国内外利用赤泥在水处理中对磷的吸附研究基础上,以赤泥坝边坡长期风化赤泥为主要原料制备颗粒状除磷材料。另外,基于长期风化赤泥有效成分流失,活性降低,采用热活化方式以提高其对磷的去除能力。论文重点对原料、生料以及不同热活化方式获得的材料进行磷去除效果实验以及理化性质表征,并对优选出的赤泥基粒状材料在不同水处理环境下进行除磷性能及除磷机理研究。此外,通过解吸-除磷循环实验操作,评价材料对磷去除作用的稳定性,这对赤泥的开发利用有重要意义。在颗粒的制备过程中,添加粉煤灰和水泥辅料制备生料颗粒,并进一步采用微波和焙烧两种方式进行活化。对比原始赤泥用于水处理除磷后会造成水体pH升高的问题,使用相同质量的颗粒材料对水体pH的冲击明显降低。两种活化方式对颗粒理化性质改善作用不同,微波活化的主要作用是改善物理性质,即增大孔容孔径和比表面积;焙烧活化主要是促进化学反应,即活化原料成分、生成具有除磷作用的-OH基团物质。综合材料除磷效果以及两种活化方式的优势,选取原料质量配比（赤泥:粉煤灰:水泥）85:10:5,微波功率700W,微波...
【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】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
赤泥，粉煤灰和水泥热失重分析曲线
硕士学位论文223赤泥基粒状除磷材料的制备和表征3PreparationandCharacterizationofRedMud-basedGranularPhosphateRemovalMaterials3.1原料赤泥对磷酸盐的去除性能研究（PhosphateRemovalusingRawRedMud）由于本研究选取的是边坡风化赤泥，赤泥长期堆存、受雨水等侵蚀导致内部有效成分的流失（从2.2.1化学成分的测定也可看出，钙含量明显低于一般新鲜赤泥），进而会影响其对磷酸盐的去除性能。再加上目前对边坡风化赤泥的报道较少，因此首先对边坡原始赤泥除磷能力进行研究。首先配制浓度为50mg/L的磷酸氢二钾溶液，不调节溶液pH值，磷原液pH为5.60。然后向锥形瓶中移取25ml上述配制的磷溶液，并加入0.05g~0.6g的赤泥（即投加量为2.0g/L~24.0g/L），接着在恒温25℃的振荡箱中以100r/min转速振荡反应3小时。实验结束后测定溶液中剩余磷的浓度，并计算赤泥对磷的吸附量和去除率，结果见图3-1。图3-1边坡原料赤泥对磷的去除量和去除率Figure3-1Phosphateadsorptioncapacityandremovalefficiencyofrawredmud（注：吸附实验溶液pH为5.60，初始磷浓度50mg/L，赤泥投加量2.0g/L～24.0g/L，转速100r/min，反应时间3h，温度25℃）根据图3-1可见，随着赤泥投加量的增加，废水中磷的去除率逐渐提高；当赤泥投加量从2.0g/L增加到24.0g/L时，磷的去除率从16.6%增加到99.55%，此时废水中的磷基本上被去除完成，这说明选取的边坡赤泥具有一定的除磷能力，可作为吸附剂应用于对废水中磷的去除。但仔细观察发现，达到最大磷去除率时，
硕士学位论文243.2.1微波活化方法研究微波加热法是一种相对环保、便捷、加热均匀的新型加热形式，其中微波功率的大小和微波时间的长短都会对材料的理化性质及除磷性能有重要影响，因此以赤泥、粉煤灰和水泥质量比为85:10:5制备生料颗粒，然后将其放入坩埚中，在微波加热器中以一定的微波功率（200W~700W）对生料颗粒加热一段时间（5min~35min），研究不同微波功率和微波时长对颗粒除磷性能影响。（1）微波功率对赤泥基颗粒除磷性能影响选择微波时长为15min，在微波功率200W~700W下对生料颗粒进行加热活化，冷却至室温的颗粒即可用于磷酸盐的去除实验。在除磷实验中，吸附剂投加量选择原料赤泥最佳投加量4.0g/L，其他实验条件均同粉状赤泥，实验结束后测定溶液中磷的去除量，结果如图3-2。图3-2200W～700W加热的不同赤泥颗粒对磷的吸附量Figure3-2Phosphateadsorptioncapacityofredmudgranularsheatedfrom200Wto700W（注：吸附实验溶液pH为5.60，初始磷浓度50mg/L，吸附剂投加量4.0g/L，转速100r/min，反应时间3h，温度25℃）结果表明，在相同吸附剂投加量等其他实验条件下，与原料赤泥对水体中磷的去除量相比，经不同微波功率加热活化后的赤泥基颗粒对磷的去除性能并没有得到很大改善，甚至在低功率下除磷性能远远低于原料赤泥。出现这一现象的原因可能是原料赤泥的比表面积相对较大，暴露的活性点位较多，而制成颗粒后的材料比表面积会变小；其次在生料颗粒制备过程中，由于手工造粒、过度压缩等可能造成赤泥表面粉末堆积，孔道堵塞。从微波功率对材料除磷性能的影响来看，则呈现一定的规律：随着微波功率的增加，磷的去除量逐渐增加。微波功率从200W增加到700W时，吸附剂对磷
【参考文献】：
期刊论文
[1]赤泥及其改性材料在环境领域的应用[J]. 汪晨. 云南化工. 2019(05)
[2]氧化铝赤泥制备聚硅酸硫酸铁铝混凝剂的方法[J]. 王硕达. 现代矿业. 2019(06)
[3]湖泊水库富营养化问题探讨及防治措施[J]. 刘德永. 资源节约与环保. 2019(04)
[4]拜尔法赤泥用于烟气脱硫:影响因素与机理（英文）[J]. 陶雷,吴恒,王婕,李彬,王学谦,宁平. Journal of Central South University. 2019(02)
[5]酸浸-分步萃取法从赤泥中回收铁和稀土（英文）[J]. 张雪凯,周康根,陈伟,雷清源,黄颖,彭长宏. Journal of Central South University. 2019(02)
[6]基于超声波机械搅拌耦合作用下赤泥对二氧化碳的固化封存[J]. 南相莉,李凤华,胡恩柱. 环境工程学报. 2018(10)
[7]热活化赤泥脱硫剂的制备及其脱硫性能研究[J]. 张家明,王丽萍,赵雅琴,赵相南,许锐伟. 环境工程. 2018(08)
[8]赤泥—煤矸石基公路路面基层材料的耐久与环境性能[J]. 刘晓明,唐彬文,尹海峰,Emile Mukiza. 工程科学学报. 2018(04)
[9]煤粉发泡剂对赤泥陶粒烧胀特性的影响[J]. 谢武明,张文治,周峰平,李俊,马峡珍,张宁,顾舸,邱晓盛,钟明钊. 环境工程学报. 2017(12)
[10]赤泥颗粒吸附除磷性能研究[J]. 张玉洁,王文彬. 市政技术. 2017(03)
博士论文
[1]离子交换膜化学反应器去除水中铬（Ⅵ）和磷酸盐的研究[D]. 陈世洋.湖南大学 2013
[2]新型赤泥颗粒吸附材料的制备、表征及其对水体中磷的去除性能研究[D]. 赵雅琴.山东大学 2013
硕士论文
[1]微波活化粒状赤泥并应用于废水净化的基础研究[D]. 王涵睿.昆明理工大学 2016
[2]赤泥基颗粒吸附剂的制备及其对水中氮磷的吸附研究[D]. 潘静.广西大学 2015
[3]盐卤改性赤泥去除水中磷酸盐的研究[D]. 王琳庆.广西大学 2013
[4]污泥及赤泥农用对油菜生长、品质及土壤环境的影响[D]. 李东洁.河北农业大学 2013
[5]赤泥颗粒吸附剂的制备及其对重金属的去除研究[D]. 王小娟.山东大学 2013
[6]MAP和HAP结晶法除磷工艺研究[D]. 张蕊.北京市环境保护科学研究院 2012
[7]赤泥的综合利用[D]. 刘少名.东北大学 2011
[8]钙基脱硫剂煅烧及碳酸化特性实验研究[D]. 宋春常.华北电力大学（河北） 2010
本文编号：3363673
【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】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
赤泥，粉煤灰和水泥热失重分析曲线
硕士学位论文223赤泥基粒状除磷材料的制备和表征3PreparationandCharacterizationofRedMud-basedGranularPhosphateRemovalMaterials3.1原料赤泥对磷酸盐的去除性能研究（PhosphateRemovalusingRawRedMud）由于本研究选取的是边坡风化赤泥，赤泥长期堆存、受雨水等侵蚀导致内部有效成分的流失（从2.2.1化学成分的测定也可看出，钙含量明显低于一般新鲜赤泥），进而会影响其对磷酸盐的去除性能。再加上目前对边坡风化赤泥的报道较少，因此首先对边坡原始赤泥除磷能力进行研究。首先配制浓度为50mg/L的磷酸氢二钾溶液，不调节溶液pH值，磷原液pH为5.60。然后向锥形瓶中移取25ml上述配制的磷溶液，并加入0.05g~0.6g的赤泥（即投加量为2.0g/L~24.0g/L），接着在恒温25℃的振荡箱中以100r/min转速振荡反应3小时。实验结束后测定溶液中剩余磷的浓度，并计算赤泥对磷的吸附量和去除率，结果见图3-1。图3-1边坡原料赤泥对磷的去除量和去除率Figure3-1Phosphateadsorptioncapacityandremovalefficiencyofrawredmud（注：吸附实验溶液pH为5.60，初始磷浓度50mg/L，赤泥投加量2.0g/L～24.0g/L，转速100r/min，反应时间3h，温度25℃）根据图3-1可见，随着赤泥投加量的增加，废水中磷的去除率逐渐提高；当赤泥投加量从2.0g/L增加到24.0g/L时，磷的去除率从16.6%增加到99.55%，此时废水中的磷基本上被去除完成，这说明选取的边坡赤泥具有一定的除磷能力，可作为吸附剂应用于对废水中磷的去除。但仔细观察发现，达到最大磷去除率时，
硕士学位论文243.2.1微波活化方法研究微波加热法是一种相对环保、便捷、加热均匀的新型加热形式，其中微波功率的大小和微波时间的长短都会对材料的理化性质及除磷性能有重要影响，因此以赤泥、粉煤灰和水泥质量比为85:10:5制备生料颗粒，然后将其放入坩埚中，在微波加热器中以一定的微波功率（200W~700W）对生料颗粒加热一段时间（5min~35min），研究不同微波功率和微波时长对颗粒除磷性能影响。（1）微波功率对赤泥基颗粒除磷性能影响选择微波时长为15min，在微波功率200W~700W下对生料颗粒进行加热活化，冷却至室温的颗粒即可用于磷酸盐的去除实验。在除磷实验中，吸附剂投加量选择原料赤泥最佳投加量4.0g/L，其他实验条件均同粉状赤泥，实验结束后测定溶液中磷的去除量，结果如图3-2。图3-2200W～700W加热的不同赤泥颗粒对磷的吸附量Figure3-2Phosphateadsorptioncapacityofredmudgranularsheatedfrom200Wto700W（注：吸附实验溶液pH为5.60，初始磷浓度50mg/L，吸附剂投加量4.0g/L，转速100r/min，反应时间3h，温度25℃）结果表明，在相同吸附剂投加量等其他实验条件下，与原料赤泥对水体中磷的去除量相比，经不同微波功率加热活化后的赤泥基颗粒对磷的去除性能并没有得到很大改善，甚至在低功率下除磷性能远远低于原料赤泥。出现这一现象的原因可能是原料赤泥的比表面积相对较大，暴露的活性点位较多，而制成颗粒后的材料比表面积会变小；其次在生料颗粒制备过程中，由于手工造粒、过度压缩等可能造成赤泥表面粉末堆积，孔道堵塞。从微波功率对材料除磷性能的影响来看，则呈现一定的规律：随着微波功率的增加，磷的去除量逐渐增加。微波功率从200W增加到700W时，吸附剂对磷
【参考文献】：
期刊论文
[1]赤泥及其改性材料在环境领域的应用[J]. 汪晨. 云南化工. 2019(05)
[2]氧化铝赤泥制备聚硅酸硫酸铁铝混凝剂的方法[J]. 王硕达. 现代矿业. 2019(06)
[3]湖泊水库富营养化问题探讨及防治措施[J]. 刘德永. 资源节约与环保. 2019(04)
[4]拜尔法赤泥用于烟气脱硫:影响因素与机理（英文）[J]. 陶雷,吴恒,王婕,李彬,王学谦,宁平. Journal of Central South University. 2019(02)
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[6]基于超声波机械搅拌耦合作用下赤泥对二氧化碳的固化封存[J]. 南相莉,李凤华,胡恩柱. 环境工程学报. 2018(10)
[7]热活化赤泥脱硫剂的制备及其脱硫性能研究[J]. 张家明,王丽萍,赵雅琴,赵相南,许锐伟. 环境工程. 2018(08)
[8]赤泥—煤矸石基公路路面基层材料的耐久与环境性能[J]. 刘晓明,唐彬文,尹海峰,Emile Mukiza. 工程科学学报. 2018(04)
[9]煤粉发泡剂对赤泥陶粒烧胀特性的影响[J]. 谢武明,张文治,周峰平,李俊,马峡珍,张宁,顾舸,邱晓盛,钟明钊. 环境工程学报. 2017(12)
[10]赤泥颗粒吸附除磷性能研究[J]. 张玉洁,王文彬. 市政技术. 2017(03)
博士论文
[1]离子交换膜化学反应器去除水中铬（Ⅵ）和磷酸盐的研究[D]. 陈世洋.湖南大学 2013
[2]新型赤泥颗粒吸附材料的制备、表征及其对水体中磷的去除性能研究[D]. 赵雅琴.山东大学 2013
硕士论文
[1]微波活化粒状赤泥并应用于废水净化的基础研究[D]. 王涵睿.昆明理工大学 2016
[2]赤泥基颗粒吸附剂的制备及其对水中氮磷的吸附研究[D]. 潘静.广西大学 2015
[3]盐卤改性赤泥去除水中磷酸盐的研究[D]. 王琳庆.广西大学 2013
[4]污泥及赤泥农用对油菜生长、品质及土壤环境的影响[D]. 李东洁.河北农业大学 2013
[5]赤泥颗粒吸附剂的制备及其对重金属的去除研究[D]. 王小娟.山东大学 2013
[6]MAP和HAP结晶法除磷工艺研究[D]. 张蕊.北京市环境保护科学研究院 2012
[7]赤泥的综合利用[D]. 刘少名.东北大学 2011
[8]钙基脱硫剂煅烧及碳酸化特性实验研究[D]. 宋春常.华北电力大学（河北） 2010
本文编号：3363673
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