锆改性颗粒活性氧化铝饮用水除氧研究

发布时间：2017-03-30 21:13

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【摘要】：本文以提高颗粒活性氧化铝的吸附量和扩大其pH适用范围为主要目标,研究了ZrOCl2·8H2O对颗粒活性氧化铝(GAA)的改性和改性后吸附剂Zr-GAA的吸附性能,并探讨了粒径对Zr-GAA吸附性能的影响。以氧氯化锆溶液为改性液,改性液中锆浓度为改性浓度,探讨改性浓度、改性时间、固液比对Zr-GAA吸附量的影响。结果发现,改性浓度为2.0g/L、改性时间为12h、固液比为1：20是最优的改性条件。Zr-GAA在平衡浓度为1.0mg/L时的吸附量为3.50mg/g,是GAA的2.69倍；由ICP分析可得,锆的负载量为32.58mg/gGAA。通过间歇实验探讨了接触时间、投加量、pH、初始氟浓度、共存离子等因素对Zr-GAA吸附性能的影响,并对吸附过程的动力学、吸附等温线和控制步骤进行了分析。结果表明：Zr-GAA对F-的吸附主要发生在前60min,在180min时趋于稳定,吸附速率比GAA提高了至少25%；要使初始氟浓度为5.15mg/L溶液中氟的浓度降到1.0mg/L以下,GAA的投加量需为Zr-GAA的4倍,Zr-GAA的吸附量有了很大的提高,尤其是在处理低浓度含氟水时更有优势；初始pH为4.5～9.7的溶液,经Zr-GAA处理后仍符合饮用水对pH的要求,而GAA的范围为4.5～7.8, Zr-GAA适用范围更广；SO42-、HCO3对Zr-GAA的吸附具有抑制作用。Zr-GAA对F-的吸附符合拟二级动力学方程、Langmuir和D-R吸附等温线模型,液膜扩散过程为控制步骤。通过连续实验探讨了Zr-GAA填充高度对吸附柱穿透时间的影响,并通过分析得到单位体积Zr-GAA的吸附量。结果表明：Zr-GAA填料越高,穿透时间越长,对F-的吸附量和去除率越大。Zr-GAA填充高度为25.4cm时,穿透时间为196h,对F-的吸附量是2.80mg/g,去除率是97.68%。经Bohart-Adams模型分析可知,Zr-GAA对F-的吸附量为45.45mg/L。对比0.513、0.338、0.178mm三种粒径的Zr-GAA的吸附性能发现,随着粒径的减小,吸附速率、吸附量、扩散系数均逐渐增大；吸附位能E值也与粒径有关,粒径越小,E值越大,化学吸附越明显。经本文分析可知,Zr-GAA的除氟性能优良,而且在吸附量和pH适用范围两方面的改善十分明显,其具有很好的实际应用性。
【关键词】：除氟 锆改性 颗粒活性氧化铝 饮用水
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ133.1;R123.6
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-17
• 第一章 绪论17-31
• 1.1 氟的性质及危害17-19
• 1.1.1 氟的性质及水体中氟的来源17-18
• 1.1.2 氟的危害18-19
• 1.2 活性氧化铝污水除氟相关研究19-21
• 1.2.1 活性氧化铝的性质19-20
• 1.2.2 活性氧化铝污水除氟相关研究进展20-21
• 1.3 锆的性质及应用21-25
• 1.3.1 锆的来源及性质21-22
• 1.3.2 含锆吸附剂的应用22-25
• 1.4 吸附等温线模型25-27
• 1.4.1 Langmuir等温线模型25
• 1.4.2 Freundlich等温线模型25-26
• 1.4.3 Dubinin-Radushkevich等温线模型26-27
• 1.5 常用固定床动力学模型27-29
• 1.5.1 Bohart-Adams模型27-28
• 1.5.2 Thomas模型28
• 1.5.3 Yoon-Nelson模型28-29
• 1.6 论文的研究背景及内容29-31
• 1.6.1 论文的研究背景29
• 1.6.2 论文的研究内容29-31
• 第二章 Zr-GAA的制备条件优化31-45
• 2.1 实验材料31-32
• 2.1.1 实验试剂31
• 2.1.2 实验仪器31-32
• 2.1.3 溶液的配制32
• 2.2 GAA的预处理32-33
• 2.3 Zr-GAA的制备33-34
• 2.4 Zr-GAA的改性条件优化34-35
• 2.4.1 改性浓度的优化34
• 2.4.2 改性时间的优化34
• 2.4.3 固液比的优化34-35
• 2.5 分析方法35
• 2.5.1 F~-浓度的测定35
• 2.5.2 吸附量的计算35
• 2.6 Zr-GAA的表征35-37
• 2.6.1 XRD分析35-36
• 2.6.2 EDS分析36
• 2.6.3 ICP-MS分析36
• 2.6.4 pH_(pzc)分析36-37
• 2.7 结果与讨论37-42
• 2.7.1 改性浓度对Zr-GAA的吸附性能影响37-38
• 2.7.2 改性时间对Zr-GAA的吸附性能影响38-39
• 2.7.3 固液比对Zr-GAA的吸附性能影响39
• 2.7.4 Zr-GAA的表征39-42
• 2.8 Zr-GAA的成本计算42
• 2.9 本章小结42-45
• 第三章 间歇实验评价Zr-GAA除氟的性能45-65
• 3.1 实验材料45-46
• 3.1.1 实验试剂45
• 3.1.2 实验仪器45-46
• 3.1.3 溶液的配制46
• 3.2 间歇实验46-47
• 3.3 结果与讨论47-54
• 3.3.1 接触时间的影响47-48
• 3.3.2 投加量的影响48-49
• 3.3.3 pH的影响49-51
• 3.3.4 初始氟浓度的影响51-52
• 3.3.5 共存离子影响52-53
• 3.3.6 自来水配制溶液的影响53-54
• 3.4 机理分析54-62
• 3.4.1 吸附动力学分析54-57
• 3.4.2 吸附等温线57-60
• 3.4.3 控制步骤分析60-62
• 3.5 本章小结62-65
• 第四章 连续实验评价Zr-GAA除氟的性能65-71
• 4.1 实验材料与仪器65
• 4.1.1 实验材料65
• 4.1.2 实验仪器65
• 4.2 连续实验装置及过程65-66
• 4.3 结果与讨论66-69
• 4.3.1 Zr-GAA填充高度对穿透时间的影响66-67
• 4.3.2 连续实验的相关计算67-68
• 4.3.3 固定床动力学模型的应用68-69
• 4.4 本章小结69-71
• 第五章 粒径对Zr-GAA的吸附性能影响71-79
• 5.1 不同粒径Zr-GAA的制备71
• 5.1.1 GAA的预处理71
• 5.1.2 不同粒径Zr-GAA的制备71
• 5.2 间歇实验71
• 5.3 粒径对吸附速率的影响71-73
• 5.3.1 三种粒径的Zr-GAA的吸附速率曲线71-72
• 5.3.2 三种粒径的Zr-GAA的吸附动力学研究72-73
• 5.4 粒径对控制步骤的影响73-74
• 5.5 粒径对吸附平衡的影响74-77
• 5.5.1 初始浓度对不同粒径Zr-GAA的吸附量影响74-75
• 5.5.2 吸附等温线研究75-77
• 5.6 本章小结77-79
• 第六章 结论79-81
• 参考文献81-85
• 致谢85-87
• 研究成果及发表的学术论文87-89
• 作者及导师简介89-90
• 附件90-91

【参考文献】

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1 商连弟，，王宗兰，揣效忠，孙柏瑜，王承武，焦秀莉;八种晶型氧化铝的研制与鉴别[J];化学世界;1994年07期

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3 章结兵;张小里;李红亚;赵彬侠;;固定床动力学模型在离子交换过程中的应用[J];化学工程;2012年05期

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本文编号：278098