粘土礦物顆粒復(fù)合材料的制備及處理電鍍工業(yè)廢水的研究.pdf

1、本課題研究利用蒙脫石、凹凸棒石粘土礦物與工業(yè)廢料粉煤灰制備復(fù)合顆粒吸附材料用于處理電鍍工業(yè)廢水，開發(fā)出環(huán)境友好型礦物吸附材料，旨在解決電鍍工業(yè)廢水引起的重金屬污染，同時為粘土礦物與工業(yè)廢料粉煤灰的綜合利用開辟一條有效途徑，課題研究具有重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。
　　 論文對蒙脫石/粉煤灰顆粒吸附材料的制備條件及其處理含Cu、Zn、Ni、Cr等多種重金屬離子電鍍工業(yè)廢水的吸附條件進(jìn)行了系統(tǒng)的研究；運用XRD、SEM、DTA/T

2、G、BET等測試分析手段對其進(jìn)行了表征；研究了復(fù)合顆粒吸附材料對電鍍工業(yè)廢水中多種不同濃度重金屬離子的吸附/解吸規(guī)律；并探討了復(fù)合顆粒吸附材料去除廢水中重金屬離子的吸附動力學(xué)方程、吸附熱力學(xué)參數(shù)及等溫吸附作用機(jī)理。
　　 主要研究成果如下：
　　 1.復(fù)合顆粒吸附劑的制各研究
　　 (1)蒙脫石/粉煤灰復(fù)合顆粒吸附劑制備適宜工藝條件為：蒙脫石與粉煤灰的比例為6∶4，焙燒溫度450℃，焙燒時間為0.5h，添加劑(工

3、業(yè)淀粉)比例為蒙脫石/粉煤灰總質(zhì)量的10％，顆粒直徑為1～2mm。在上述工藝條件下制備的復(fù)合顆粒用于吸附處理初始濃度為200mg/L的含Cu2+廢水，吸附率可達(dá)96.34％，且散失率小于1％。
　　 (2)凹凸棒石/粉煤灰復(fù)合顆粒吸附劑制備適宜工藝條件為：凹凸棒石/粉煤灰混合比6∶4，焙燒溫度400℃，硅酸鈉和淀粉添加比例分別為凹凸棒石/粉煤灰總質(zhì)量的15％和10％。在上述工藝條件下制各的復(fù)合顆粒對初始濃度為50mg/L含Zn2

4、+溶液的吸附率達(dá)94.23％，其散失率為4.33％。
　　 2.顆粒吸附材料的表征
　　 (1)在適宜造粒條件下制得的蒙脫石/粉煤灰顆粒吸附材料的XRD圖譜分析表明蒙脫石/粉煤灰顆粒吸附材料焙燒前后其物相組成基本未發(fā)生變化；DTA/TG分析表明顆粒吸附材料焙燒前后其蒙脫石結(jié)構(gòu)變化不大，主要是失去蒙脫石中的吸附水和層間水：SEM圖像分析顯示未焙燒的蒙脫石/粉煤灰顆粒吸附材料幾乎未見有顯氣孔，有極少量的空洞，而焙燒后的蒙脫石

5、/粉煤灰顆粒微孔結(jié)構(gòu)十分明顯，形狀規(guī)則，孔徑大小約20～50μm。該材料的物理性能測試表明：吸水率為31.80％，顯氣孔率為46.82％，體積密度為1.47 kg/m3，抗壓強度為5.28MPa，比表面積為10.28m2/g。
　　 (2)在適宜造粒條件下制得的凹凸棒石/粉煤灰顆粒吸附材料的XRD圖譜分析表明焙燒前后物相組成基本未發(fā)生變化，說明顆粒焙燒并未改變其物相組成。DTA/TG分析表明凹凸棒石/粉煤灰顆粒吸附材料焙燒前后其

6、凹凸棒石結(jié)構(gòu)變化不大，主要是失去凹凸棒石中的吸附水和層間水；SEM圖像分析顯示未焙燒的凹凸棒石/粉煤灰顆粒吸附材料有極少量的空洞，而焙燒后的凹凸棒石/粉煤灰顆粒微孔結(jié)構(gòu)較為明顯，形狀規(guī)則，孔徑大小約10～3μm。該材料的物理性能測試表明：吸水率為32.89％，顯氣孔率為54.77％，體積密度為1.11kg/m3，抗壓強度為2.15 MPa，比表面積為17.01m2/g。
　　 3.復(fù)合顆粒吸附劑處理含單一重金屬離子廢水研究

7、>　　 正交試驗確定蒙脫石/粉煤灰顆粒吸附材料去除重金屬離子的優(yōu)化條件為：Cu2+、Zn2+、Ni2+、Cr6+初始濃度分別為100mg·L-1、25mg·L-1、20mg·L-1和10mg·L-1；吸附劑投加量分別為12g·L-1、20g·L1、24g·L-1和20g·L-1；溶液pH值分別為6、7、7和3；反應(yīng)時間均為80min。在優(yōu)化試驗條件下，吸附劑對Cu2+、Zn2+、Ni2+、Cr6+去除率分別為99.00％;、99.10

8、％、98.90％和99.36％。
　　 4.復(fù)合顆粒材料處理電鍍工業(yè)廢水的研究
　　 (1)蒙脫石/粉煤灰顆粒吸附材料去除電鍍工業(yè)廢水中重金屬的優(yōu)化條件為：顆粒吸附材料用量為50g/L，pH值為6.5，反應(yīng)時間為80min。在優(yōu)化試驗條件下，Cu2+、Zn2+、Ni2+、Cr6+去除率分別為98.19％、98.07％、98.81％、99.06％，處理后的廢水中這些重金屬的殘留濃度均低于國家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-

9、1996)一級標(biāo)準(zhǔn)。
　　 (2)凹凸棒石/粉煤灰顆粒吸附材料去除電鍍工業(yè)廢水中重金屬的優(yōu)化條件為：顆粒吸附劑投加量為70g/L，pH值為6.5，反應(yīng)時間為80min。在優(yōu)化試驗條件下，Cu2+、Zn2+、Ni2+、Cr6+去除率分別為98.14％、87.79％、97.52％、97.58％，處理后的廢水中這些重金屬的殘留濃度均低于國家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-1996)一級標(biāo)準(zhǔn)。
　　 5.顆粒吸附材料的再生與重復(fù)

10、使用研究
　　 在幾種不同解吸劑中，以1mol·L-1NaCl溶液對兩種顆粒吸附材料的解吸再生效果最好。顆粒吸附材料經(jīng)過六次再生和重復(fù)使用后，對廢水中重金屬離子的去除效果略有下降，且經(jīng)過六次再生和重復(fù)使用后的散失率均在10％左右，說明兩種顆粒吸附劑解吸再生后，重復(fù)使用效果均較好。
　　 6.顆粒吸附劑對重金屬離子的吸附作用機(jī)理探討
　　 (1)蒙脫石/粉煤灰顆粒吸附材料對重金屬離子的吸附過程基本符合一級反應(yīng)動力學(xué)

11、方程Ct=C0·e-kt，說明液膜擴(kuò)散為吸附過程的主控步驟。吸附熱力學(xué)研究表明，由吸附熱力學(xué)參數(shù)△H＜0，△S＜0可知，溫度升高不利于反應(yīng)正向進(jìn)行。△G＜0，表明Gibbs自由能的減少是顆粒吸附劑材料吸附的主要動力。蒙脫石/粉煤灰顆粒吸附劑的吸附等溫曲線符合Freundlich和Langmuir型兩種吸附等溫模型，其中與Langmuir型吸附等溫式相關(guān)性更好。
　　 (2)蒙脫石與水中重金屬離子的吸附機(jī)理主要是離子交換吸附；凹凸