高温煅烧陶瓷颗粒在添加金属氧化物及浸渍方法下的氟吸附效率及特性研究
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氟是人体必需的微量元素之一,自然界的氟通常存在于矿石中,但受到雨水浸蚀时会溶出,造成地表水和地下水的氟污染。中国是世界上地方性氟中毒危害最严重的国家之一。从饮用水中去除超标的氟,对保障民众的生命健康具有重大的意义。本研究为了寻找一种新型、廉价、制作工艺简单的吸附材料处理含氟水,采用了两种不同处理工艺的陶瓷颗粒对含氟水进行处理,分为两部分:第一部分采用添加了七水硫酸亚铁和三氧化二铁两种不同的铁氧化物陶瓷颗粒对含氟水进行处理,第二部分采用了三氯化铁和三氯化铝两种不同的金属化合物的盐溶液对陶瓷颗粒进行了浸渍作用。实验对陶瓷颗粒的结构进行了电镜扫描(SEM)、比表面积(BET)、X射线能谱(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和傅立叶变换红外光谱分析(FTIR)的表征,探讨了陶瓷颗粒在吸附中的物理特征;在批实验中,探讨了陶瓷颗粒在吸附过程中不同pH、不同初始氟浓度、不同吸附剂量等条件下的吸附表现,并对吸附等温线、动力学表现进行了研究。实验结果表明,在pH2-11条件下以七水硫酸亚铁和三氧化二铁为组分的陶瓷材料的最大吸附效率分别为94.23%和60.48%。吸附率随着吸附剂投入量的增加而增加。对吸附等温线的研究表明,七水硫酸亚铁和三氧化二铁为组分的陶瓷颗粒同时具有表面与内孔径吸附。对吸附动力学的研究表明两种材料同时存在化学吸附与物理吸附。第二中方法中氟去除率随初始氟浓度的增加而增加;在pH(2-11)条件下浸渍后的陶瓷颗粒最大吸附效率为89.30%;对吸附等温线的研究表明,浸渍陶瓷颗粒吸附除氟过程符合Langmuir等温线模型;吸附动力学研究表明化学吸附与物理吸附同时作用于除氟过程。
摘要 | 第4-5页 |
Abstract | 第5页 |
第一章 引言 | 第9-19页 |
1.1 问题的提出 | 第9页 |
1.2 背景知识 | 第9-11页 |
1.2.1 氟的基本性质 | 第9页 |
1.2.2 氟的毒性及危害 | 第9-11页 |
1.3 氟污染 | 第11-13页 |
1.3.1 氟污染的来源 | 第11页 |
1.3.2 地下水氟污染分类 | 第11-12页 |
1.3.3 地下水氟污染特征 | 第12-13页 |
1.3.4 中国高氟地下水的分布特征 | 第13页 |
1.4 吸附学及吸附材料学研究现状 | 第13-15页 |
1.5 常见除氟方法 | 第15-18页 |
1.5.1 吸附法 | 第15页 |
1.5.2 混凝沉降法 | 第15-16页 |
1.5.3 电凝聚法 | 第16-17页 |
1.5.4 电渗析法 | 第17页 |
1.5.5 膜分离法 | 第17-18页 |
1.6 本研究拟解决关键问题 | 第18-19页 |
第二章 材料与方法 | 第19-23页 |
2.1 选材依据 | 第19-20页 |
2.2 技术路线 | 第20-21页 |
2.3 实验材料与仪器 | 第21-22页 |
2.3.1 实验材料 | 第21-22页 |
2.3.2 实验仪器 | 第22页 |
2.4 陶瓷颗粒制备 | 第22-23页 |
2.4.1 添加铁氧化物陶瓷颗粒的制备 | 第22页 |
2.4.2 浸渍陶瓷颗粒的制备 | 第22-23页 |
2.5 实验与分析方法 | 第23页 |
第三章 添加铁氧化物陶瓷颗粒除氟实验结果与讨论 | 第23-38页 |
3.1 材料表征 | 第23-27页 |
3.1.1 陶瓷颗粒形态特征 | 第23-24页 |
3.1.2 SEM电子显微镜扫描 | 第24-25页 |
3.1.3 BET比表面积分析 | 第25-26页 |
3.1.4 X射线能谱分析(EDS) | 第26-27页 |
3.2 pH的影响 | 第27-29页 |
3.3 吸附剂量的影响 | 第29-31页 |
3.4 吸附等温线平衡方程 | 第31-32页 |
3.5 吸附动力学方程 | 第32-35页 |
3.6 温度的影响 | 第35-36页 |
3.7 与常用氟吸附剂的比较 | 第36-37页 |
3.8 共存离子的影响 | 第37-38页 |
3.9 吸附-解吸循环实验 | 第38页 |
第四章 浸渍陶瓷颗粒除氟实验结果与分析 | 第38-53页 |
4.1 材料表征 | 第39-44页 |
4.1.1 陶瓷颗粒形态特征 | 第39页 |
4.1.2 SEM电子显微镜扫描 | 第39-40页 |
4.1.3 BET比表面积分析 | 第40-41页 |
4.1.4 FTIR傅氏转换换红外光谱计分析的结果 | 第41-42页 |
4.1.5 X射线能谱分析(EDS) | 第42-43页 |
4.1.6 X射线衍射仪(XRD) | 第43-44页 |
4.2 pH的影响 | 第44-45页 |
4.3 吸附剂量的影响 | 第45-46页 |
4.4 吸附等温线平衡方程 | 第46-47页 |
4.5 吸附动力学方程 | 第47-49页 |
4.6 共存离子的影响 | 第49-50页 |
4.7 与常用除氟材料的对比 | 第50页 |
4.8 浸渍陶瓷颗粒的循环利用 | 第50-51页 |
4.9 三种陶瓷颗粒的综合分析 | 第51-53页 |
第五章 结论 | 第53-55页 |
参考文献 | 第55-59页 |
致谢 | 第59-60页 |
附录 | 第60页 |
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