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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