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【6h】

碱性钙基膨润土吸附Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)的特性研究

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目录

文摘

英文文摘

符号说明

第一章 文献综述

1.1 重金属的来源、危害及处理技术

1.1.1 重金属废水的来源及危害

1.1.2 重金属废水的处理技术

1.2 常见的重金属吸附剂研究进展

1.3 膨润土对重金属的吸附研究

1.3.1 膨润土的特性

1.3.2 膨润土处理重金属的研究进展

1.4 吸附模型及吸附机理

1.4.1 吸附等温模型

1.4.2 吸附动力学模型

1.4.3 吸附热力学

1.4.4 重金属吸附机理

1.5 本课题的研究内容及意义

1.5.1 研究意义

1.5.2 研究内容

参考文献

第二章 碱性钙基膨润土吸附Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)的影响因素分析

2.1 实验部分

2.1.1 材料及试剂

2.1.2 实验方法

2.2 结果与讨论

2.2.1 吸附剂投加量的影响

2.2.2 pH值的影响

2.2.3 吸附时间的影响

2.2.4 电解质的影响

2.2.5 解吸实验

2.2.6 其他因素的影响

2.3 本章小结

参考文献

第三章 Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)在碱性钙基膨润土上的吸附模型研究

3.1 实验部分

3.1.1 吸附等温模型研究

3.1.2 吸附动力学研究

3.1.3 吸附热力学研究

3.2 结果与讨论

3.2.1 吸附等温模型研究

3.2.2 吸附动力学研究

3.2.3 吸附热力学研究

3.3 本章小结

参考文献

第四章 碱性钙基膨润土吸附Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)的机理研究

4.1 实验部分

4.1.1 ACB的特性分析

4.1.2 ACB吸附前后的材料表征

4.2 结果与讨论

4.2.1 ACB的特性分析

4.2.2 ACB吸附前后的材料表征

4.2.3 吸附机理研究

4.3 本章小结

参考文献

第五章碱性钙基膨润土对.Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)的竞争吸附及对实际电镀废水的试验

5.1 实验部分

5.1.1 材料及试剂

5.1.2 实验方法

5.2 结果与讨论

5.2.1 竞争吸附等温模型研究

5.2.2 竞争吸附动力学研究

5.2.3 竞争吸附规律分析

5.2.4 ACB对实际废水的试验

5.3 本章小结

参考文献

第六章 结论与展望

6.1 本论文的主要结论

6.2 本论文的创新之处

6.3 本论文的研究展望

致谢

攻读学位期间发表论文情况

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摘要

碱性钙基膨润土(Alkaline Ca-bentonite,ACB)是一种新型膨润土,其改性方法简单、成本低廉,是一种非常有应用前景的吸附剂。到目前为止,尚无其他文献报道ACB吸附重金属离子的研究,因此,开展ACB吸附水溶液中Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的研究很有必要的,本论文的主要内容有:(1)考察各种因素如吸附剂用量、pH及吸附时间等对ACB吸附三种重金属离子的影响;(2)吸附模型研究:包括吸附等温模型、吸附动力学和吸附热力学研究;(3)分析ACB吸附Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的主要机理;(4)研究ACB对Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的竞争吸附规律;(5)利用ACB对实际电镀废水中重金属离子的进行了处理。论文的主要结果与结论如下:
   1、ACB对Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)的去除率随着吸附剂用量的增加而增加,当ACB的用量在1 g·L-1时即可使300 mg·L-1的Pb(Ⅱ)溶液和100mg·L-1Zn(Ⅱ)溶液排放达标,去除率接近100%,ACB用量在0.8 g·L-1时对100 mg·L-1Cu(Ⅱ)溶液的去除率接近100%。pH值的影响研究表明:当重金属溶液的初始pH值在3.0到7.0的范围,ACB对Pb(Ⅱ)的去除效率始终保持在99%左右,对Zn(Ⅱ)的去除效率从93%增加到99%左右;当Cu(Ⅱ)溶液的初始pH值在4.0到6.0的范围时,ACB对Cu(Ⅱ)的去除效率一直保持在99%左右。吸附时间的影响研究表明:对于300 mg·L-1的Pb(Ⅱ)溶液,Pb(Ⅱ)在ACB上的吸附在5 min时可达92%,在吸附进行45 min时已基本达到平衡;ACB对Zn(Ⅱ)的去除率在5 min时可达到67%,吸附150 min时去除率接近100%,ACB对Cu(Ⅱ)的吸附容量明显高于天然膨润土(Raw bentonite,RB)。电解质的影响研究显示:电解质对Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)在ACB上吸附影响强弱的顺序是:Al(NO3)3>Mg(NO3)2>NaNO3;NaNO3、Mg(NO3)2对Pb(Ⅱ)在ACB上的吸附没有影响,Al(NO3)3则会明显抑制ACB对Pb(Ⅱ)的吸附。总之,ACB吸附水溶液中的Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ),具有投加量少,吸附时间短,适宜pH值范围广的优点,且其对三种重金属离子的吸附性能明显优于RB。
   2、吸附等温模型研究显示,Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)在ACB上的吸附过程符合Langmuir模型,因此三种重金属离子在ACB上的吸附属于单分子层吸附,吸附过程发生在特定均一的吸附点位上;Freundlich模型中1/n明显小于1,说明ACB对Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)的吸附是有利的;由D-R模型可知,ACB对Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)的吸附以化学吸附为主。在25℃下,ACB对Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)的Langmuir吸附容量分别为625 mg·g-1,149mg·g-1和192 mg·g-1,明显高于RB和文献报道的其他吸附剂。吸附动力学研究结果显示,Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)在RB和ACB上的吸附最符合准二级动力学方程,颗粒内扩散模型结果显示Pb(Ⅱ)在ACB上的吸附完全是表面吸附,而ACB对Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)的吸附存在颗粒内扩散作用。吸附热力学研究说明Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)在ACB上的吸附是自发的、吸热的过程。
   3.ACB的氢氧化钙主要负载在膨润土表面,层间有少量氢氧化钙插入;ACB的pHZPNC为11.0,界面相呈现碱性,因此只要溶液中的重金属离子浓度稍高,即可产生表面沉淀。当重金属溶液的初始pH值处于3-7时,ACB对酸溶液有着良好的pH值缓冲性能。吸附平衡数据、SEM、FTIR和XRD分析结果表明,ACB去除Pb(Ⅱ)的最主要机制就是表面沉淀作用,去除Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)的主要机制则有表面沉淀作用、离子交换作用和固定作用。
   4、竞争吸附实验研究发现,对于同一重金属而言,ACB对其吸附容量大小的顺序是:一元体系>二元体系>三元体系。无论是在一元体系还是在二元体系、三元体系,三种重金属离子在ACB上吸附强弱的顺序是:Pb(Ⅱ)>Cu(Ⅱ)>Zn(Ⅱ)。ACB对实际电镀废水的处理结果表明:相对于石灰法而言,ACB处理法pH值调节简单或不用调节pH值,不会产生大量的有毒污泥,处理后的废水可同时达到电镀污染物排放标准(GB21900-2008)出水水质和城镇污染处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)中一级排放标准的要求,不会出现重金属返溶或超标的现象。
   因此,ACB是一种在重金属废水处理方面非常经济有效的、有应用前景的吸附剂。

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