磷酸氢锡材料的制备及去除高盐废水中重金属离子研究

发布时间：2020-08-17 18:00

【摘要】：重金属污染事故频发，使其成为全社会持续高度关注的环境热点问题之一。吸附法具有投资少、操作简单、选择性好、不产生二次污染等优点，是中低浓度重金属废水处理的常用方法。但在高盐废水中，吸附过程往往受到共存干扰离子的影响，传统吸附剂的吸附容量较低。针对这一矛盾，本论文开展磷酸氢锡系列无机新型高效吸附材料的开发和应用研究。关于磷酸氢锡吸附特性及机理研究，目前开展的很少。关于磷酸氢锡的固定化理论及应用等方面的研究也未见报道。本论文以模拟水热合成法和液相沉淀法分别合成得到晶体磷酸氢锡、无定形磷酸氢锡，采用平衡吸附法分别研究了单离子、双离子和三离子体系中对水溶液中Pb(II)、Cu(II)和Zn(II)的吸附性能，考察了高盐介质对吸附性能的影响，综合运用XRD、SEM、TEM、FT-IR、TG、比表面积和孔隙率测定、电位滴定等技术手段研究了两种材料的结构和表面化学特征，揭示了磷酸氢锡材料吸附重金属离子的机理。另分别采用三种主要成分均为SiO_2的材料负载无定形磷酸氢锡，考察了这些固定化材料在模拟海水中的吸附性能。取得了以下主要结果：晶体磷酸氢锡和无定形磷酸氢锡对三种离子的选择性吸附顺序为Pb(II)Cu(II)Zn(II)，这主要与金属离子的水化热有关。通过FT-IR、XRD、电位滴定分析，结合热力学参数计算，揭示了吸附机理为化学吸附，主要是磷酸氢锡中的H+与重金属离子进行离子交换。由于无定形磷酸氢锡的比表面积大，是晶体磷酸氢锡的5.13倍，而且氢原子不受相邻层间原子之间的作用力、自由度较大，因而无定形磷酸氢锡的吸附性能显著优于晶体磷酸氢锡。硅藻土中无定形磷酸氢锡的负载量为170mg/g，负载后的总孔容与比表面积均大大下降。吸附Pb(II)、Cu(II)和Zn(II)的等温吸附数据符合Freundlich模型，吸附Pb(II)时孔内扩散是速控步骤，吸附Cu(II)和Zn(II)时由液膜扩散和孔内扩散共同控制。在接近海水浓度的0.6mol/L NaCl溶液中，Pb(II)、Cu(II)和Zn(II)的吸附量分别达到13.9mg/g、3.95mg/g和3.74mg/g(初始浓度50mg/L,50mL)，且吸附后的材料可以用0.5mol/L的HCl溶液再生，表明该材料具有去除高盐介质中重金属离子的潜能。粗孔微球硅胶中无定形磷酸氢锡的负载量为92.6mg/g，负载后材料的孔径以中孔为主，比表面积急剧下降，只有1.163m~2/g。材料用量为2.0g (对应高度5.3cm)时吸附50mg/L的Pb(II)、Cu(II)和Zn(II)溶液，穿透时间分别达到30.55h、6.17h、4.9h，对应吸附量分别为10.4mg/g，2.88mg/g和2.47mg/g。溶胶-凝胶法原位合成的SiO_2负载无定形磷酸氢锡材料孔隙率高，孔径分布窄(主要集中在2-10nm范围)，比表面积达到513m~2/g，无定形磷酸氢锡在SiO_2网络上负载均匀，负载量为96.4mg/g。在淡水介质中，对Pb(II)、Cu(II)和Zn(II)的饱和吸附量分别为30.02mg/g、27.59mg/g、25.12mg/g；材料用量为1.0g (对应高度2.7cm)、吸附浓度为4.5mg/L时吸附Pb(II)、Cu(II)和Zn(II)离子溶液，穿透时间分别达到39.85h、10.07h、5.45h。在接近海水浓度的0.6mol/L NaCl溶液中表现出较好的吸附性能，对Pb(II)、Cu(II)和Zn(II)的吸附量分别达到12.82mg/g、4.39mg/g和3.37mg/g。人工海水介质下的试验中，吸附三种离子的穿透时间分别为5533min、8330min和22min，性能优异，在去除养殖海水中的重金属离子方面具有较好的应用潜力。该论文有图115幅，表41个，参考文献246篇。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X703

【参考文献】