高铁酸钾对土壤中铜吸附过程的影响实验及模拟研究

发布时间：2017-03-30 03:05

  本文关键词：高铁酸钾对土壤中铜吸附过程的影响实验及模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：作为我国最为重要的能源和重工业基地之一,山西省近些年的粗犷式发展给当地的环境造成了比较严重的破坏。矿产的开采、冶炼等一系列重工业的生产活动使得周边土壤中的重金属含量远远地超过了安全标准。为了防止土壤中超标的重金属对土壤、植物以及人类的生命健康产生危害,了解并掌握重金属离子在土壤中的迁移变化规律,寻求高效无污染的重金属处理方法来改善现有条件便迫在眉睫。本文将在水处理领域已经被广泛研究的新型绿色药剂高铁酸钾应用于土壤中重金属铜的吸附固定之中,对其作用效果进行了研究,并对其作用过程进行了数学模拟。实验的目的主要是探究不同自然条件对土壤中Cu2+的吸附情况的影响;分析高铁酸钾对于土壤中Cu2+吸附和解吸的影响;通过数学模拟,研究在动态过程中,Fe6+对土壤吸附固定Cu2+性能的影响规律。实验采用人工模拟污染的土壤样品,主要从以下三个方面进行:1、模拟不同的自然条件下(p H、温度、土壤初始含水率、土壤的初始铜含量),土壤中Cu2+的吸附、解吸情况;2、在动态实验下,研究加入高铁酸钾后,土壤对Cu2+吸附固定的情况;3、通过对比,分析高铁酸钾对土壤中Cu2+吸附解吸的影响。实验结果如下:1、自然条件下,土壤对Cu2+的最佳吸附条件为p H=6.6、温度T=30℃、初始铜含量CCu=500 mg·kg-1、初始含水率θ=15%,四个因素对于土壤吸附Cu2+的影响作用大小排序是:p H温度初始铜含量初始含水率;2、自然条件下,p H对土壤吸附Cu2+的影响非常显著,p H越高,土壤对于Cu2+的吸附量也随之变大;温度对土壤吸附Cu2+的影响显著,温度越高,土壤对于Cu2+的吸附量也随之变大;初始含水率和初始铜含量对土壤吸附Cu2+的影响不显著,从实验中得到最佳初始含水率为15%,最佳初始铜含量为500 mg·kg-1;3、自然条件下,土壤对于其中Cu2+的最佳吸附时间为5h;4、加入高铁酸钾之后,土壤对Cu2+的最佳吸附条件为:p H=10、温度T=20℃、初始含水率θ=15%、初始铜含量CCu=500mg·kg-1,五个因素对于土壤吸附Cu2+的影响作用大小排序是:p HFe6+浓度初始含水率温度初始铜含量;5、高铁酸钾作用于铜污染土壤的最佳投加浓度为100mg·L-1;6、加入高铁酸钾之后,p H对土壤吸附Cu2+的影响非常显著,随着p H的增大,土壤对Cu2+的吸附量也随之增高,最高可达98.78%;7、加入高铁酸钾之后,较高的温度有利于表层土壤对于Cu2+的吸附固定,而相对较低的温度有利于较深土壤对于Cu2+的吸附固定,实验中h=5cm处的最佳作用温度为30℃,h=15cm和h=25cm处的最佳作用温度为20℃;8、加入高铁酸钾后,极大地提高了土壤吸附Cu2+的稳定性,减小了土壤对Cu2+的解吸量,未加入高铁酸钾时,Cu2+的最大解吸量为初始铜含量的35.73%,最小解吸量为初始铜含量的17.99%,加入高铁酸钾后,Cu2+的最大解吸量为初始铜含量的14.41%,最小解吸量为初始铜含量的2.47%;9、加入高铁酸钾后,土壤中Cu2+解吸量最小的条件组合为:p H=6.6、温度T=20℃、初始铜含量CCu=100 mg·kg-1、初始含水率θ=15%;10、对流-弥散模型可以对土壤中Cu2+的一维迁移做出非常正确的模拟。
【关键词】：土壤 铜 高铁酸钾 吸附和解吸 数学模拟
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X53
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-10
• 符号说明10-15
• 第一章 文献综述及选题背景15-29
• 1.1 我国土壤资源现状15-17
• 1.1.1 土壤资源的利用15-16
• 1.1.2 土壤中重金属的来源16-17
• 1.1.3 土壤重金属污染的危害17
• 1.2 土壤环境中的铜17-19
• 1.2.1 土壤中铜离子的来源17-18
• 1.2.2 土壤铜污染的危害18-19
• 1.3 重金属污染土壤的修复研究19-21
• 1.3.1 重金属污染土壤的修复方法19
• 1.3.2 土壤修复中常用的固定剂19-20
• 1.3.3 高铁酸钾的性质及应用20-21
• 1.4 溶质运移的研究现状21-25
• 1.4.1 溶质运移研究的发展21-23
• 1.4.2 溶质运移模型的求解23-24
• 1.4.3 有限差分法24-25
• 1.5 选题及意义25
• 1.6 研究内容、目标和方法25-27
• 1.6.1 研究内容25-26
• 1.6.2 研究目标26
• 1.6.3 研究方法26-27
• 1.7 创新点27-29
• 第二章 实验材料及方法29-37
• 2.1 供试土壤29-30
• 2.1.1 土壤样品的采集29
• 2.1.2 土壤样品的处理29-30
• 2.1.3 土壤样品的理化性质30
• 2.2 实验仪器与试剂30-31
• 2.2.1 实验仪器30
• 2.2.2 实验试剂30-31
• 2.3 实验装置及实验方案31-33
• 2.3.1 实验装置31-32
• 2.3.2 实验方案32-33
• 2.4 检测方法33-37
• 2.4.1 土壤基本理化性质检测方法33
• 2.4.2 土壤的消解方法33-34
• 2.4.3 铜离子的检测方法34
• 2.4.4 铁离子的检测方法34-37
• 第三章 不同自然条件下土壤对Cu~(2+)的吸附性能37-57
• 3.1 前期实验37-38
• 3.1.1 原土土质37
• 3.1.2 土壤的最佳作用时间确定37-38
• 3.2 实验方案设计38-41
• 3.2.1 总体实验方案38-39
• 3.2.2 正交实验设计39-41
• 3.3 实验步骤41
• 3.4 实验结果41-50
• 3.4.1 正交实验数据41-42
• 3.4.2 正交实验的极差分析42-48
• 3.4.3 正交实验的方差分析48-50
• 3.5 实验结果分析50-54
• 3.5.1 pH对土壤吸附Cu~(2+)的影响50-51
• 3.5.2 温度对土壤吸附Cu~(2+)的影响51-52
• 3.5.3 初始铜含量对土壤吸附Cu~(2+)的影响52-53
• 3.5.4 初始含水率对土壤吸附Cu~(2+)的影响53-54
• 3.6 本章小结54-57
• 第四章 K_2FeO_4对土壤吸附Cu~(2+)性能的影响57-75
• 4.1 实验方案设计57-60
• 4.1.1 影响因素的确定57
• 4.1.2 影响因素的水平划分57-58
• 4.1.3 正交实验设计58-60
• 4.2 实验步骤60
• 4.3 实验结果60-68
• 4.3.1 正交实验数据60-61
• 4.3.2 正交实验的极差分析61-68
• 4.4 实验结果分析68-74
• 4.4.1 pH对Cu~(2+)吸附效果的影响68-69
• 4.4.2 温度对Cu~(2+)吸附效果的影响69-70
• 4.4.3 初始含水率对Cu~(2+)吸附效果的影响70
• 4.4.4 初始铜含量对Cu~(2+)吸附效果的影响70-73
• 4.4.5 Fe6+浓度对Cu~(2+)吸附效果的影响73-74
• 4.5 本章小结74-75
• 第五章 K_2FeO_4对土壤中Cu~(2+)的固定作用75-89
• 5.1 实验方案设计75-76
• 5.1.1 确定影响因素的水平划分75
• 5.1.2 正交实验设计75-76
• 5.2 实验步骤76-77
• 5.3 实验结果77-82
• 5.3.1 正交实验数据77-78
• 5.3.2 极差分析78-82
• 5.4 实验结果分析82-87
• 5.4.1 pH对Cu~(2+)解吸的影响82-84
• 5.4.2 温度对Cu~(2+)解吸的影响84-85
• 5.4.3 初始含水率对Cu~(2+)解吸的影响85-86
• 5.4.4 初始铜含量对Cu~(2+)解吸的影响86-87
• 5.5 本章小结87-89
• 第六章 K_2FeO_4存在下土壤中Cu~(2+)的迁移模拟89-101
• 6.1 模型的概化89-91
• 6.1.1 模型的选择89-90
• 6.1.2 边界条件的确定90-91
• 6.2 模型参数的确定91-95
• 6.2.1 土壤的基本性质91
• 6.2.2 水分特征曲线91-94
• 6.2.3 非饱和土壤的导水率94
• 6.2.4 非饱和土壤水分扩散率94
• 6.2.5 弥散系数94-95
• 6.3 模型求解95-99
• 6.3.1 基础数据95-96
• 6.3.2 程序语言96-98
• 6.3.3 模型参数的识别98-99
• 6.4 模型的校验与预测99-101
• 6.4.1 模型校验99-100
• 6.4.2 模型预测100-101
• 第七章 总结及建议101-103
• 7.1 主要研究结论101
• 7.2 建议101-103
• 参考文献103-109
• 致谢109-111
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文111

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