赤泥基顆粒吸附劑的制備及其對水中氮磷的吸附研究

赤泥基顆粒吸附劑的制備及其對水中氮磷的吸附研究

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專業(yè)學(xué)化「赤泥基顆粒吸附劑的制備及其對水中氮憐的吸附研究?,■:..\軒:潘靜j^BWii^i:,^——MHBBIIIIilfc脖Ml—iBBMBISI^BaagS^P’-:.二o五年六月mmmmm 分類號TU528.04密級公開UDC碩±學(xué)位論文赤泥基顆粒吸附劑的制備及其對水中氮憐的吸附研巧潘靜學(xué)科專業(yè)環(huán)境工程指導(dǎo)老師王東波副教授t,-八論文答辯日期2015學(xué)位授予日期(心答辯委員會主席 廣西大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性和使用授權(quán)聲明本人聲明所呈交的論文,是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研巧所取得的研究成果。除已特別加W標(biāo)注和致謝的地方外,論文不包含任何其他個人或集體己經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果,也不包含本人或他人為獲得廣西大學(xué)或其它單位的學(xué)位而使用過的材料一。與我同工作的同事對本論文的研充工作所做的貢獻(xiàn)均已在論文中作了明痛說明。本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下所完成的學(xué)位論文及相關(guān)的職務(wù)作品,知識產(chǎn)權(quán)歸屬廣西大學(xué)。本人授權(quán)廣西大學(xué)擁有學(xué)位論文的部分使用權(quán),目P;學(xué)校有權(quán)保存并向國家有關(guān)部口或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子版,允許論文被查閱和借閱,可W將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)斤檢索和傳播,可采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于;□保密,在年解密后適用授權(quán)。應(yīng)^保密。""請在W上相應(yīng)方框內(nèi)打V()論文作者簽名^;14^曰期;"指導(dǎo)教師簽名:曰親zM\作者聯(lián)系電話:電子郵箱; 赤泥基顆粒吸附劑的制備及其對水中氯磯的吸附研究摘要赤泥是氧化鉛工業(yè)排放的廢棄殘渣,近年來隨著氧化錯工業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,赤泥的排放量也大幅度增加,如處理處置不當(dāng),不僅大量占用主地資源,還將可能對水、大氣和生態(tài)等環(huán)境造成嚴(yán)重威脅。赤泥的化表面積較大一,表面礦物具有定的活性,可制備為廉價吸附劑。有研究表明,經(jīng)活化改性后的赤泥可作為水中氮磯的吸附材料,但粉末狀赤泥材稱存在吸附后溶液渾濁,難過濾等缺點,是限制赤泥在廢水處理中實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸。本研究采用廣西拜耳法赤泥為基本原料,滲W廢玻璃粉等作為輔料,利用廢玻璃粉烙點低、烙融范圍寬、析晶能力強(qiáng)的特點,通過燒*結(jié)法在較低燒成溫度下制備赤泥基願粒吸附劑(RG1),采用正交實驗和單因素實驗對其最佳制備工藝進(jìn)行研究,運用XRD、SEM、FTIR、BET、EDS等分析方法對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征,并考察吸附劑對氮、磯的吸附性能。研究結(jié)論如下;*(1)通過正交和單因素實驗)制,確定最佳赤泥基顆粒吸附劑(RG1備工藝條件為:赤泥、廢玻璃粉、髙嶺止和碳粉的滲量分別為80%、10%、’5%和5%,燒結(jié)溫度為870C,保溫lOmin。所制備的吸附劑比表面積為2-i36..00m,1483%cm6%,g吸水率為.,體積密度為1.33g/,顯氣孔率20.0耐酸性為79.86%,耐堿性為%.41%,抗粉化率為99.33%。赤泥基顆粒吸H值為°附劑在投加量為4g/L、p5、溶液巧始濃度為50mg/L、恒溫27C吸附180min的條件下.82m,對磯的吸附能力為4g/g。I (2)SEM表征結(jié)果顯示,赤泥基顆粒吸附劑表面氣孔結(jié)構(gòu)豐富,在°**870C濕度燒結(jié)lOmin條件下,RG1赤泥基顆粒W連通氣孔為主,民G2和**RG3赤泥基顆粒則W閉氣孔為主。FTIR分析結(jié)果表明,燒結(jié)后的RG1赤Si-0-Si鍵泥基顆粒表面生成大量的哲基基團(tuán),且存在,因此吸附劑能通過此類化學(xué)鍵與吸附質(zhì)發(fā)生結(jié)合,提高吸附能力。*(3)在對氨氮的吸附實驗中,RG1用量在4g/L,溶液初始pH值為9,‘*模擬憐溶液濃度為50mg/L時,恒溫(27C)吸附反應(yīng),反G1對模城廢水中氨氮的吸附在ISOmin達(dá)到平衡,平衡吸附容量為化825mg/g。*(4)在對稱的吸附實驗中,RG1用量在6g/L,溶液初始pH值為6,‘模擬憐溶液濃度為50/L時C)吸附反應(yīng),240min后吸附基本g,恒溫(27*達(dá)到平衡.29m/。RG1對憐的吸附等溫擬合符合,平衡吸附容量為4ggFreundli化等溫吸附模型,吸附動力學(xué)過程符合偽二級動力學(xué)模型和顆粒內(nèi)3+2+3+擴(kuò)散模型。通過EDS分析,赤泥中溶出的A1、Ca、Fe與磯發(fā)生了化學(xué)*沉淀反應(yīng)-;FTI民結(jié)果顯示,RG1表面OH基團(tuán)會與憐酸根進(jìn)斤交換結(jié)合,將麟吸附在赤泥表面上。關(guān)鍵詞:赤泥廢玻璃赤泥基顆粒稱氨氮吸附打 REDMUDBASEDGRANULAR乂DSORBENTPREPARATIONANDITS乂DSORPTIONOF乂MMOBIANITROGENANDPHOSPHORUSFROMWASTEWATERABSTRACT民edmudisawasteresiduewhichwasdischarged仔omaluminumindustr.yInrecentearswiththeexansionofthealuminaindustrarowinnumberofy,py,ggredmudwasdischaredredmudwouldsendalotoflandresourcesandalsog,p,likelbrinseriousthreattosuchaswateratmoshereandecoloicalyg,pgenvironment.Theactivationofthemodifiedredmudcanbeusedasadsorptionmaterialfornitroenandhoshorushoweverowderedredmudmaterialsgpp,,pdifficulttorecclingafteradsortionsothatthealicationofredmudinyyp,pp*wastewaterwaslimited.Thisresearchadotsthebaeriedmudasthebasicrawpymaterialandmixedbwas1lsas化esulementarmaterialredmudbased;easyppy,granlleadsorbentmadebsinterinatlowfirintemeratureXRD>SEM、gyggp,FTIR、BET、EDSwasusedforanalzeAresearchon化eadsorbentofy,adsorptionerformanceonammonianitroenandhoshoruswasInvestiated.pgppgTheconclusionsareasfollows:1Orthoonalandthesinlefactorexerimentswasstudthebestred()ggpy,*mudbasedranlleadsorbentRGlrearationrocessconditionswasredg()ppp〇0mud、wastelassowder、kaolinandcarbonowderare化e80%、!0/〇、5/0、gpp°5%thesinterintemeratureis870Choldinfor10min.Thesorbentsecific,gp,gp°face-b化uwasurareawas6.00mlousratewas14.83/〇bulkdensits1.33g,,y〇/cmshoworositwas20.06%acidresistancewas7乂86/〇alkaliresistanceg,py,,was961.t.4%crushinresistancewas9933%.Redmudbasedranlleadsorben,ggindosinuantit4/L、Hwas5、化einitialconcentrationwas5Om/L、thegqygpgIII adsorptionreactiontimewasISOmin,adsorptioncapacitywas4.82mg/g.2SEMresultsshowed化atredmudbasedranlleadsorbenthadrich()g*surfaceporositystructure.SurfaceofRGlwasprioritytoconnectedpores.In**additionRG2andRG3wasriorit化closedorosit.TheFURanalsispypyy’*—iresultsshowedthat艮Glssurface化generate江largenumberofOHand--SiOSi.(3)虹化eadsorptionofammonianitrogenexperiments.Redmudbased*ranlleadsorbentRGlindosinuantit4/L^was9>theinitialg()gqygpHconcentrationwas50m/L>theadsortionreactionbalancetimewasISOminatgp°27Ceuilibriumadsortioncaacitwas0.825m/.,qppygg*IntheadsortionofhoshorusexerimentsRGlindosinguantit口)pppp,qy6LHwa6、化einitialconcentrationOLeadsortionreactiong/、pswas5mg/、化p°balancetimewas240minat27Ceuilibriumadsortioncapacitwas,qpy4.29m/.TheisothermaladsortioncanbedescribedwellbFreundlich.Theggpy-staticadsortionexerimentshowedtoseusecondorderkineticlotsppthabthdopp-iandIntraarticaldi航sionkineticlotscanbeusedtowelldescribe化6kinetcpp3+2+3+behaviorofadsorption.EDSanalysisshowedthatA]、Ca、Feoccurinchem_icalreactionreciitationwithhoshorusFTIRresultsindicatethatOHpppp,wereexchangedandcombinewithphosphate.Keywords:redmud;wasteglass;redmudbasedgranlle;phosphorus;ammonianitrogen;adsortionpIV 目錄I摘要ABSTRACTIll符號/縮寫與說明VII一第章緒11.1研究背景11.2赤泥概述21.2.1赤泥的來源及組成21.2.2赤泥的危害31.2.3赤泥資源化研巧進(jìn)展31.3赤泥去除氮磯的研究現(xiàn)狀51.4研巧的目的和意義6,1.5研究的主要內(nèi)容6第二章實驗材釋、設(shè)備及實驗方法82.1實驗設(shè)備及材料82.1.1化學(xué)藥劑82.1.2儀器、設(shè)各82.1.3原串斗92.2實驗方法1112.2.1赤泥基顆粒的制備112.2.2靜態(tài)吸附實驗研巧122.3實驗測定與表征122.3.1實驗分析與測定122.3.2表征分析13第蘭章赤泥基顆粒吸附劑的制備及表征153.1赤泥基顆粒吸附劑的制備15..311赤泥基顆粒吸附劑的配方設(shè)計153.1.2赤泥基顆粒吸附劑的燒結(jié)溫度設(shè)計173.1.3赤泥基顆粒吸附劑最佳工藝的研究183.2材料的表征233.2.1X畑分析233.2.2SEM分析243.2.3FHR25分析.2.2634理化性能分析3.3本章小結(jié)26V 第四章赤泥基顆粒吸附劑對水中碟的吸附性能研究284.1靜態(tài)吸附實驗方法284.1*28.1粒投加量不同脫14.1.2不同初始pH值284.1.3不同初始濃度28428.1.4不同反應(yīng)時間4.2結(jié)果與討論294.2.1RG1*投加量294.2.2初始巧的影響304.2.3初始濃度的影響3014.2.4反應(yīng)時間的影喃34.3赤泥基顆粒對磯的吸附機(jī)理研究324132.3.等溫吸附模型抵合4.3.2動力學(xué)吸附模型擬合34374.4吸附機(jī)理探討4.4.1SEM分析374.4.2趾S分析374.4.3FTIR析38分4.5本章小結(jié)39第五章赤泥基顆粒吸附劑對水中氨氮的吸附性能研巧405.1靜態(tài)吸附實驗405.1.1不同投加量405.1.2初始溶液地405.1.3初始濃度40t1.4反應(yīng)時間405.2結(jié)果與討論415.2.1最佳投加量的確定415.241.2初始pH對氨氮吸附效果的影響t2.3溶液巧始濃度對氨氮吸附效果的影響42t2.4反應(yīng)時間對氨氮吸附效果的影響435.2.5討論435.3本章小結(jié)44第六章結(jié)論與展望456.1結(jié)論456.2展望46參考文獻(xiàn)47VI 符號/縮寫與說明巧號內(nèi)容單位或量鋼-iQ吸附容量mg-gA去除率%V抗粉化率%K吸水率%W耐酸/堿性%—ibLanmuirI/mg參數(shù)g也Lanu一ir平衡參數(shù)gm"‘/ni/n*nd,KfFreulich參數(shù)mgL巧‘i-qD-R模型參數(shù)mgg—公D-R模型吸附目旨’iBtTemkin模型參數(shù)LmgK—itTemkin模型參數(shù)Lmg’lk一i偽級動為學(xué)速率參數(shù)hji’’h偽二級動力學(xué)速率參數(shù)gmghfK加顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型參數(shù)mg告vn 專業(yè)単位碩女論文亦泥基顆牧沒附制的制各&其對水中孰蹲的硬甜研兜第一章緒論1.1研究背景赤泥是氧化鉛工業(yè)提煉氧化鉛后排放的廢棄殘渣,全世界每年的赤泥產(chǎn)量大于6000,3000萬噸目前萬噸而中國平均每年的赤泥排放量就超過,國內(nèi)對赤泥的回收利用尚缺乏經(jīng)濟(jì)可行的方法,赤泥的綜合利用率僅4%,除少部分用于制造墻體材料、生一產(chǎn)水泥等外,大部分W濕法露天筑頃的形式堆存。赤泥的堆存方面占用了大量寶貴的一±地資源,另方面堆存場場建及維護(hù)費用高昂,并且對周邊環(huán)境造成不利影響,赤泥處理難度大的程惜己極大限制了我國侶工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,如何有效地處理、處置和資源化利用赤泥,使其變廢為寶,己成為各國學(xué)者關(guān)注的焦點。有研究表明,赤泥具有膠結(jié)的孔架結(jié)構(gòu)這使得赤泥具有較大的比表面積,而其主要成分中含有大量鐵、鉛、巧等活性金屬氧化物一,表面具有定的活性,具備開發(fā)成為吸附材料的潛質(zhì),近年來己被廣泛應(yīng)用于重金屬、有機(jī)物的吸附研究赤泥的資源化利用具有重大現(xiàn)實意義,己成為現(xiàn)今研究的熱點課題之一。憐和氨氮是水生生物必要的營養(yǎng)性物質(zhì),也是引起水體中藻類過量繁殖的關(guān)鍵元素,過量的礎(chǔ)和氨氮可引發(fā)水體富營養(yǎng)化,使水中溶解氧含量減少,影響水生植物的光合作用,危害水生生物的生長,。隨著社會工農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展人類活動的不斷增加,大""量污染物的直排使水環(huán)境變得越來越脆弱,赤潮水華現(xiàn)象不斷頻發(fā),直接威脅著US人類的健康和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展鄭煥春的研究顯示,湖泊中水體總磯濃度為0..02mg(P)化、怠氮濃度為02mg(N)/L時,是水體發(fā)生富營養(yǎng)化的臨界濃度。根據(jù)國務(wù)院發(fā)布的《2013年中國環(huán)境狀況公報》,國控31個大型淡水湖泊和27個重要水庫中,水質(zhì)營養(yǎng)化程度嚴(yán)重27.8%,,處于富營養(yǎng)化狀態(tài)的湖泊(水庫)占中營養(yǎng)狀態(tài)的57.4%占,我國300萬平方公里管轄海域范圍內(nèi)處于重度富營養(yǎng)化狀態(tài)的海域約有1.8萬平方公里,而其主要的污染物指標(biāo)為總氮、總磯。由此可見,我國水體富營養(yǎng)化問題突出,如何有效去除水中氮磯污染的問題迫在眉睫。目前,國內(nèi)外較常用的水體除礎(chǔ)和氨氮的方法有化學(xué)沉淀法、生物法、吸附法、離子交換法和人工濕地但化學(xué)沉淀法和生物法最大的問題是處理后會產(chǎn)生大量的污泥,如處理處置不當(dāng),還會發(fā)生二次污染問題;人工濕地占地面積大,且除憐效果不高;1 專位碩古論義赤巧基顆化漢附詢巧制去及其對水中征巧的漢附巧究一離子交換法存在選擇性差、經(jīng)濟(jì)成本高等系列問題而吸附法其技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)高;效、操作簡單等優(yōu)點被廣泛研巧、鐵、,有學(xué)者指出除磯材料的除磯效率與其材料中的巧’wsisitiitq、鉛等金屬氧化物成分有關(guān),目前,稀有金屬黏止類礦物和工業(yè)廢渣等常用于。蘊(yùn)藏著巨大的開發(fā)潛力,若能將赤泥應(yīng)制備磯和氨氮的吸附材料赤泥是廢棄的能源,用于廢水中憐和氨氮的去除。,將具有較好的環(huán)境效益1.2赤泥概述1.么1赤泥的來源及組成赤泥(RedMud)是氧化鉛生產(chǎn)過程中排放的泥狀廢渣,因其成分中含有豐富的氧化鐵呈現(xiàn)赤紅色而得名。我國是氧化鉛生產(chǎn)大國,2013年全球氧化錯產(chǎn)量約為9784.4萬噸錯Pai,而中國氧化的產(chǎn)量就占全球總產(chǎn)量的45.9%,氧化錯生產(chǎn)過程中將排放大量的一口1-±礦赤泥,每生產(chǎn)噸的氧化鉛會伴隨產(chǎn)出約l1.5t的赤泥。隨著鉛工業(yè)的發(fā)展,錯品味的降低,赤泥的總量有逐年增長的趨勢。赤泥成分組成較為復(fù)雜,這與鉛止礦的來源、品位和氧化鉛的生產(chǎn)加工工藝等因素有關(guān),目前國內(nèi)侶止礦主要分布在山東、山西、廣西、河南、貴州等地,鉛主礦類型各異的特點決定了氧化鉛的生產(chǎn)工藝,,我國主要存在H種主要的氧化錯生產(chǎn)加工工藝分別為拜耳法、燒結(jié)法和混聯(lián)法,根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)記載,上述H種不同方法產(chǎn)生的赤泥成分、性質(zhì)和物相組成存在差異。拜耳法是由奧地利化學(xué)家KJ衛(wèi)ayer發(fā)明的,主要采用苛堿性溶液經(jīng)加壓溶出鉛止礦中的氧化鉛,此法工藝簡單,投資少且產(chǎn)品純度高,是目前氧化鉛生產(chǎn)的主要方法,在當(dāng)今世界氧化鉛產(chǎn)品中,95%1^上由拜耳法生產(chǎn),而拜耳法赤泥含有較高的FC203和Al2〇3,Ti元素含量也較豐富,礦物組成W赤鐵礦、水化石植石W主礦為主。在我國,鉛品味不高,除廣西平果縣W拜耳法生產(chǎn)氧化鉛之外其余都使用燒結(jié)法或絕聯(lián)法,燒結(jié)法在生產(chǎn)過程中需滲蘇打和石灰高溫鍛燒,因此燒結(jié)法產(chǎn)生的氧PS化巧含量比較高二巧為主。我國混聯(lián),鐵和鍋的含量較低,礦物組成W碳酸鉤和娃酸法生產(chǎn)氧化錯的工藝主要是1^拜耳法系統(tǒng)和燒結(jié)法系統(tǒng)串聯(lián)為主體,礦石經(jīng)拜耳法系統(tǒng)處理后一聯(lián),再經(jīng)燒結(jié)法系統(tǒng)進(jìn)步處理回收,充分互補(bǔ)發(fā)揮兩者的生產(chǎn)能力,因此,海法生產(chǎn)的赤泥有氧化巧含量高、鐵堿含量低的特點,其主要礦物成分為珪酸二巧及其水合物。2 專業(yè)學(xué)位碩古論義赤巧基顆粒漢腳劑的制各及其對水中氣碟巧漢附研巧122..赤泥的危害、赤泥屬強(qiáng)堿性有害廢棄殘渣,其中含有多種有害物質(zhì),目前,國際上主要采取堆存覆±和填海的方式對赤泥進(jìn)行處置,而我國主要采用露天堆放的方式處理赤泥。赤泥的堆存方式有濕法堆存和干法堆存兩種,其中,筑頃濕法堆存應(yīng)用較廣,但在長期的堆存過程中,大量堿液和有害物質(zhì)會滲透入附近的±地,造成王壤的堿化,地表水和地下水也受到一定的污染,,經(jīng)長時;赤泥干法堆存工序較為繁雜需投入高昂的濃縮處理費用間瞭曬、風(fēng)干的赤泥易產(chǎn)生揚(yáng)塵,,造成空氣污染。上述兩種堆存方式均占用大量±地,20且存在巨大的安全隱患國內(nèi)外氧化錯行業(yè)曾發(fā)生過多次赤泥潰巧事故,如10年匈牙利Ajkai氧化鉛廠赤泥堆場決堤和2014年中鍋河南赤泥庫跨頃事件。隨著錯產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐步擴(kuò)大,氧化鉛生產(chǎn)產(chǎn)生的赤泥量也日益增加,會給堆場周邊原本脆弱的生態(tài)環(huán)境帶來前所未有的巨大壓力,如何資源化利用赤泥,減少赤泥的堆存容量才是鉛工業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)健康發(fā)展的長久之計。1.2.3赤泥資源化研究進(jìn)展一,是作為建材的原料目前赤泥的資源化利用途徑主要分為王個大的方面:,加工利用;而是回收赤泥中的有價組分;H是在環(huán)保領(lǐng)域中的應(yīng)用,W廢治廢。1.2.2.1建材原料二燒結(jié)法生產(chǎn)赤泥成分主要桂酸巧礦物為主,與粘止性質(zhì)相似,可用來生產(chǎn)水泥、一磚塊、陶瓷、陶粒、混凝±等建筑材料,目前,該方向研巧技術(shù)相對成熟,國內(nèi)第條赤泥配料水泥生產(chǎn)線于1963年由山東鉛廠組建,利用赤泥濕法生產(chǎn)普通超酸鹽水泥,幾十年來共消耗了800多萬噸赤泥,生產(chǎn)水泥3000萬噸,2003年該公司新建新型干法水泥P4^Py熟料生產(chǎn)線,年產(chǎn)水泥300萬噸;楊家寬等人利用赤泥、粉煤灰和礦山石渣為主要一原料制備了赤泥免燒磚,并在國內(nèi)第條赤泥磚的生產(chǎn)線上進(jìn)巧了中試生產(chǎn),生產(chǎn)出來py的免燒磚性能良好,具有較好的經(jīng)濟(jì)性;KalkanE將赤泥和水泥漿作為穩(wěn)定材料添加到粘±中,得到的混合樣品較粘王的抗壓強(qiáng)度高、滲透性能低、膨脹系數(shù)小、穩(wěn)定性能好,可在工程應(yīng)用中作為襯墊層;在赤泥的開發(fā)利用中,陶粒研制占有非常重要的地位,°,在80TC入爐,200C保溫?zé)Y(jié)lOmin謝襄漓等人赤泥為主要原料C1后自然冷卻方式 ̄ ̄制備了輕質(zhì)燒脹陶粒,其吸水率在7%14%之間膨脹率可達(dá)到160%175%度,,筒壓強(qiáng)3 ?;瘏g位巧女論文布巧塞煩化漢腳軸的制奮及其對水中紙薄巧漢樹?研巧3 ̄范圍2.03.2MPa,顆粒密度llOOkmAn,可作為環(huán)境修復(fù)材料和用于工程建筑,;此外赤泥還可作為路基的填充材料,可大大提高赤泥的用量減少堆存帶來的高額維護(hù)費用,28齊建召[]等人W大量應(yīng)用赤泥為原則,配W少量紛煤灰和石灰,研制出的新型赤泥道路一基層性能優(yōu)良,并達(dá)到國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),適用于級和高速路路面基層,應(yīng)用在修筑公路上面同年一2005年,山東溜博修建了,,共;條長4公里寬16米的赤泥路基示范性路段2刀一消耗燒結(jié)法赤泥多噸,該公路達(dá)石灰穩(wěn)定主級和高速路強(qiáng)度要求,利用赤泥作為PSl路基填充材糾在國內(nèi)首次獲得成功。1.2.2.2有價組分的回收赤泥中富含大量的有價金屬元素和非金屬元素,是非常寶貴的二次資源,國內(nèi)外許多研究表明,從赤泥中回收有價組分在技術(shù)上是可行的。孫永峰等人W拜耳法赤泥為‘研究對象-50C,采用磁化梧燒磁選工藝回收鐵精礦,yA碳粉(6%)作為還原劑,7焰燒20min,磨礦5min,經(jīng)2次磁選將Fe2〇3轉(zhuǎn)變成Fc3〇4,獲得晶位化4%的精鐵礦,回收率31。-LenardouS[C%、固液比:為49.6Agatzini.堆溫度饑20的條件下,用濃度為;等為16mol/L的硫酸浸出赤泥,從而使赤泥中的金屬富集在酸液中,其中獲得二氧化欽的浸出P2率為64.5%,氧化鐵浸出率為46%,還有約37%的氧化鉛KasliwalP.等制用酸處理法‘經(jīng)水洗后二氧化欽富集率達(dá)處理后的赤泥殘渣與碳酸鋼海合在1150C下睹燒115min,S‘PI金屬的富集中:、C、90min76%,徐滯8180;在對赤泥中稀有等在固液比溫度浸出時間的條件下,用鹽酸浸出赤泥中的金屬筑,浸出率高達(dá)%.63%,再用P2O4作為萃取劑,伉的一次萃取率達(dá)97.99%,使赤泥中的鏡得到很好的富集。1.2.2.3巧保領(lǐng)域的應(yīng)用赤泥在環(huán)保領(lǐng)域的研究主要集中在水處理、大氣治理和±壤修復(fù)等方面。研巧表明,赤泥具有較好的吸附性能,,可制備出性能優(yōu)良的吸附材料常見的赤泥吸附劑制備方法大都采用酸化處理、鹽改性、熱處理和添加外加劑混合燒結(jié)幾種,并廣泛應(yīng)用于廢水中2+2+2+2+pwg3-Cd、Cu、Pb、Zn等重金屬的去除,As、NH3N、PO4巧F等無機(jī)污染物的吸36’‘3^3839[111。附,有機(jī)廢水的脫色和放射性污水的處理等由于赤泥中含有大量的堿性物質(zhì),對酸性氣體有較強(qiáng)的吸附能力,且赤泥中的鐵、鉛、巧等金屬成分對硫起固定作用,因此赤泥在大氣治理方面的研究主要是對含硫氣體和二氧化碳的吸附。南相莉等利用拜4 專業(yè)學(xué)位碩古論義赤泥基碩化雙府■前的制備及其對水中気蹲的設(shè)附研巧耳法赤泥吸收S〇2尾氣,,在適宜條件下S〇2的吸收率為93.14%處理后的尾氣排放中S〇2濃度可達(dá)國家排放標(biāo)準(zhǔn),同時赤泥的脫堿率為70.45%,脫堿后的赤泥達(dá)到生產(chǎn)水泥的堿W度要求,0,;林建飛等隊赤泥作為捕集劑,對C化進(jìn)行捕集在溫度3。固液比7:1攢拌轉(zhuǎn)速500r/min、C〇2流量為200mL/min的條件下,赤泥對C〇2的最大捕集量為0.0263g/g,42.43%。此外赤泥脫堿率為,赤泥富含眾多堿性物質(zhì),赤泥對王壤中的重金屬離子具有很好的固著作用,且可作為酸性止壤的改良劑。1.3赤泥去除氮稱的研究現(xiàn)狀早在二十世紀(jì)七八十年代,赤泥應(yīng)用于廢水除磯進(jìn)行研充就己得到重視,西班牙人WELdez.p等聽平估了赤泥應(yīng)用于廢水除礎(chǔ)的可行性,認(rèn)可了赤泥在廢水除稱領(lǐng)域的應(yīng)4[用Pradhan刊日保加利亞的B.Koumanova;印度的等等分別用鹽酸和硫酸活化改性赤泥,證實酸活化改性赤泥對廢水中的磯有較好的去除效果李燕中等對比酸活化、;猜燒活化、熱酸活化H種改性活化赤泥對除稱吸附能力,表面熱酸活化赤泥除磯能力更強(qiáng)。較赤泥作為吸附劑應(yīng)用于水體除稱的研究,其對水中氨氮去除的研究鮮有報道,有ODtW學(xué)者將粉末赤泥用作垃圾填埋場的襯層材料,研巧其對氨氮和C的吸附能力;而47[]劉逸洲等等用鐵鹽改性后的赤泥吸附氨氮,吸附能力有所提高。但是,赤泥用作吸附,吸附材料多為粉末狀劑的研究中,不利于固液分離和回收,應(yīng)用前景有限,而赤泥具備有燒制成陶的性能,若能將赤泥制備成具有廢水除癖且兼?zhèn)浒钡叫阅艿目蔀V材料,即可解決粉末狀赤泥難W實現(xiàn)回收利用的問題。因此,制備出有吸附能為強(qiáng)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的除憐可濾材料研究前景廣闊,而將赤泥制備成除癖濾料的研究近幾年才得到關(guān)^s-sw注,Yue和Zhao等用赤泥滲膨潤王和淀粉,燒制赤泥除磯顆粒,在40(rC預(yù)熱20min溫度100CTC括燒lOmin制備的樣品具有較好的除磯能力,吸附和再生性能良好。然而赤泥成分中含有大量的FtWe2〇3、CaO等,直接用于烙融燒結(jié)會使液相生成的溫度升高,因此傳統(tǒng)將赤泥燒制造粒,燒成溫度要求較高耗能較大,不利于節(jié)能環(huán)保。?據(jù)統(tǒng)計,全球的固體廢棄物中,廢玻璃就占了7%,我國城市每年有約450750萬噸的廢棄玻璃產(chǎn)生,占城市生活垃圾總量的4%左右中國對廢棄玻璃回收利用的工口3] ̄作起步比較晚,13%15回收利用現(xiàn)今僅有%的廢棄玻璃得到有效,有關(guān)學(xué)者指出,一噸廢棄玻璃相當(dāng)于節(jié)約一每回收100kg的燃料,而回收個玻璃瓶重新利用所節(jié)省下來一stw的能量,可提供個燈泡持續(xù)4小時的照明。廢玻璃是可再生資源,對其回收利用將5 專業(yè)単化碩女論義布巧基破檢漢樹嘴)的制去&其對水中級巧的漢冊研免帶來可觀的狂會效益和經(jīng)濟(jì)效益一。玻璃的化學(xué)成分般主要為Si〇2、Na2〇、Al2〇3、CaO和少量的K2O、MgO等,廢玻璃可用作替代粘±燒制磚塊或者陶瓷制品,其可提高材ssti料強(qiáng)度,作為助溶劑,可降低燒成溫度,節(jié)約能源,減少開支。劉培德等用玻璃粉部、、分取代長石,W高嶺±玻璃粉長石和石英成功研制出合格的墻地磚,實驗表明,適量引入廢玻璃有利于提高產(chǎn)品的成品率,且燒成溫度降低,減少了能耗,節(jié)省了生產(chǎn)成本。綜上所述,在采用廉價固體廢棄物為原料的原則上,,本研究赤泥為主要原料添加廢棄玻璃作為燒結(jié)成陶助劑,利用廢玻璃中珪酸鹽類物質(zhì)含量島、烙點低且烙融范圍、。廣的特點,制備廉價經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的赤泥基顆粒吸附劑,并用于氮磯廢水的吸附研充1.4研究的目的和意義廣西是鉛止礦的主要產(chǎn)地,赤泥的堆存問題巧環(huán)境問題較為嚴(yán)重,但拜耳法生產(chǎn)的赤泥較其他方法生產(chǎn)的赤泥有鐵、錯等元素含量高等特點,若能加W利用,則將帶來巨大的的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益。目前赤泥制備陶粒都需要通過高溫?zé)Y(jié),使物料在烙融狀態(tài)下發(fā)生化學(xué)轉(zhuǎn)換進(jìn)行重組造粒,而拜耳法赤泥中含桂量較少,在考慮提商廢物利用和低能耗的前提下,本研究將磨細(xì)后的赤泥混W高娃含量的廢玻璃粉末為主耍原料,添加粘結(jié)劑和成孔劑,利用細(xì)玻璃末烙點低、析晶能力強(qiáng)等特點,采用燒結(jié)法,降低燒成溫度,研制具有抗震性能好、除磯效能高且兼?zhèn)浒钡侥転榈某嗄嗷w粒濾料。本研究礦業(yè)廢渣和廢棄材料為原料,為利用赤泥和廢玻璃來制備吸附劑提供了理論基礎(chǔ),減少固體廢物的堆存容量的同時降低了廢水處理的成本,對廢棄物的綜合再利用和節(jié)約能耗方面意義重大,期達(dá)到W,在廢水除稱和氨氮方面具有重要的應(yīng)用價值廢治廢的效果。1.5研究的主要內(nèi)容、本課題的研究主要利用廣西拜耳法生產(chǎn)赤泥為基本原料,慘W廢玻璃、高略±碳粉等為輔料,經(jīng)高溫?zé)Y(jié)制備出赤泥基顆粒吸附劑,研巧其最佳制備工藝,并對其吸附。磯和氨氮的過程展開探討本研究內(nèi)容包括如下幾點:(1)赤泥基顆粒的制備6 ??;瘑挝豁??赤巧基碩化巧腳前的制奮&其對水中飄巧的巧drife義》附研巧W吸附容量和抗粉碎性能為指標(biāo),考察配化、燒結(jié)溫度、保溫時間等多影響因素,研究分析確定最優(yōu)制各工藝。,制備出具有高效吸附性能的赤泥基穎粒吸附劑(2)吸附劑的表征采用相關(guān)檢測儀器,測定赤泥基顆粒吸附劑的吸水率、抗粉化率、比表面積等物理指標(biāo)-,并采用X射線衍射分析、電子顯微鏡分析、傅里葉紅外光譜分析等對其理化特征進(jìn)行表征。(3)廢水中稱的吸附考察不同因素條件下赤泥基顆粒吸附劑對磯的吸附效果,通過動為學(xué)吸附模型和等溫吸附模型的建立,分析其吸附過程,并巧用通過電子顯微鏡觀察、孤S能譜分析、傅里葉紅外光譜分析等,研究其對磯的吸附機(jī)理。(4)廢水中氨氮的吸附考察不同因素條件下赤泥基顆粒吸附劑對氨氮等吸附效果,并與If類型氨氮吸附劑進(jìn)行對比,探討赤泥基顆粒吸附氨氮廢水的可行性。7 專業(yè)単位碩古除文赤巧基顆化漢附狗的制去&其對水中孰巧的漢冊研巧第二章實驗材料、設(shè)備及實驗方法2.1實驗設(shè)備及材輯2.1.1化學(xué)藥劑-本實驗所需的化學(xué)藥劑如表21所示:一表2-1化學(xué)試劑覽表Tab-eale21Scheduleofchemicalrgents序號名稱分子式?生產(chǎn)廠家二1稱酸氨鐘KH2PO4分析純廣東省化學(xué)試劑工程技術(shù)研巧開發(fā)中也2過硫酸鐘KiSzOs分析純上海強(qiáng)順化學(xué)試劑有限公司3酒石酸涕鐘K(SbO)C4H4〇6.1/2H〇分析純天津市光復(fù)2精細(xì)化工研究所4館酸按(NH4)6M〇7〇m.4H2〇分析純天津市化學(xué)試劑四廠5抗壞血酸CsHgOs優(yōu)級純廣東省化學(xué)試劑工程技術(shù)研究開發(fā)中也6硫酸H2SO4分析純成都市科龍化工試劑廠7氯氧化巧NaOH分析純廣東省化學(xué)試劑工程技術(shù)研究開發(fā)中也8氯化按NH4CI分析純廣東光華化學(xué)廠有限公司9KNa,4H〇分析純天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠酒石酸巧鋼C4H4〇6210破化束Hgl分析純貴州省銅仁化學(xué)試劑廠11破化鐘KI分析純廣東光華科技股份有限公司12鹽酸HC1分析純成都市科龍化工試劑廠13去離子水實驗室自制2.1.2儀器、設(shè)備2-2所示本實驗所需的實驗儀器如表:8 專業(yè)學(xué)位碩女論文赤泥基破粒漢樹巧巧制各及其對水中涼巧的雙腳巧巧表2-2實驗儀器列表Tab2-2Schedeofexeenastrumenle山primtlints序號儀器名稱型號生產(chǎn)廠家1-托利多儀器分析天平AL204梅特勒(上海)有限公司2250萬能粉碎機(jī)DFT-25溫嶺市林大機(jī)械有限公司限公司g手提式高速3行星球磨機(jī)QM-3SP2南京大學(xué)儀器廠4電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱PHG-9023A上海精宏實驗設(shè)備有限公司S--5箱式馬弗爐X2413沈陽節(jié)能電爐廠6KSY可控桂溫度控制器XMT-C800沈陽節(jié)能電爐廠7恒溫水浴振蕩器SHZ-82A金壇市國旺實驗儀器廠8H計PHS-3C上海虹益儀器儀表有限公司p9可見分光光度計722G上海精密科學(xué)儀器有限公司-10立式壓力蒸汽滅菌器PHS3C江陰濱江醫(yī)療設(shè)備廠DSC-7am11差熱分析儀美國Giy公司12X-射線雙晶粉末衍射儀Smartbb日本理學(xué)株式會社13場發(fā)射掃描電子顯微鏡X-MAX80英國牛津公司14傅里葉變換紅外儀Nicolet6700賽默飛世爾科技有限公司15BET比表面積分析儀GermniW美國麥克儀器公司2.1.3原料(1)赤泥成分分析本實驗所選用的赤泥取至廣西某侶廠,為拜耳法工藝生產(chǎn)赤泥,對赤泥進(jìn)行XRD衍射儀物相組成分析結(jié)果如下圖2-1:1'而〇3312.CaC〇33.??i3CoOS〇4抒i4-C幻Ti〇3.A〇H1,45/〇i)3*^1.22I4356514.I.I....I.III02030400反00SO157°20/圖2-1赤泥的X民D圖譜-F.21X民Daernsoferedmudigpt化9 ?;瘜W(xué)位項古論文赤泥基顆斗立漢酣亦J的制各及其對水中盈滿巧雙附研巧由圖2-1,,(Fc2〇3)、aC〇可知拜耳法赤泥的礦物組成較為復(fù)雜tu赤鐵礦方解石(C3)3CaaA,和水化石檔石(l2〇3Si〇r4H2〇)含量最高,此外還包含有巧鐵礦(CaTi〇3)、一H水硬鉛石(AIO(O))、H水鉛石(A1(0H)3)等物相。赤鐵礦、方解石、水化石墻石和三水鍋石等有一定的膠凝作用,其中赤鐵礦和方解石還具有骨架結(jié)構(gòu)。赤泥的化學(xué)組成與鉛止礦的成分和采用的氧化鍋生產(chǎn)工藝有關(guān),通過XRF巧光光-譜對該赤泥的化學(xué)組成進(jìn)行分析,結(jié)果見表23。2-3w表赤泥的化學(xué)成分(t%)Tab-le23Chemicalcomponentsofredmud(wt%)樣品Si〇2AI2O3Fe2〇3CaOMgOK2ONa2〇TiO]SO3S27.07.3.6512.0.760.16460.369赤泥164256546.19.99.9-二氧化娃由表23可見,、氧化鉛、氧化鐵和氧化巧四者含量占赤泥成分總量的81.71%,為赤泥的主要成分,此外還有部分堿性金屬氧化物。赤泥具有較高的Si〇2和Al2〇3組分,其性質(zhì)與粘±類物質(zhì)相似,此外還發(fā)現(xiàn),赤泥中含有大量活性金屬氧化物成分一,因此赤泥表面具有定活性。(2)廢玻璃粉的成分分析本研巧所用的玻璃為日常普通廢舊玻璃制品,玻璃搗碎成為玻璃渣并經(jīng)球磨后,過1002-2目標(biāo)準(zhǔn)篩,經(jīng)X射線衍射分析儀測定其物相姐成所示。,結(jié)果如圖州嘯麵龜**.I■I■1..I..1II4050607010203080°29/圖2-2廢玻璃的X民D國譜-Fi.22XRDatternsofthewastelassgpg由圖2-2看出,該圖譜中無強(qiáng)烈尖銳的衍射峰,整條圖譜曲線較寬扁且在低角度出10 ?;瘏g化項古論義赤滿基巧化或甜詢巧制備及其對水中盛巧巧漢柏■巧巧一一現(xiàn)個矮頭峰。,表明廢玻璃粉末沒有特定晶體,是種非晶狀態(tài)-4通過XRF焚光光譜對廢玻璃的化學(xué)成分進(jìn)行分析,結(jié)果如表2所示。表2*4廢玻璃粉的化學(xué)成分(wt%)Tab2-onenle4Chemicalcomptsofwastelassowder(wt%)gp祥晶扣〇2Al〇3?均〇3CaOMO&0Na2〇TiOSO2ga3I——赤泥75.16160.20299占5.2.188093.061.18-0由表2*4可W看出Na,玻璃粉中75%的成分為Si〇2,并且含有大量的2〇等具有助烙作用的堿金屬。制備陶粒的關(guān)鍵是原料中有具備高濕下能生成黏性大、不使氣體外逸的烙融組分,而廢玻璃烙點范圍寬,高溫融化可產(chǎn)生液相,因此在赤泥顆粒的制備中,添加廢玻璃有助于孔的形成和降低成型濕度,可實現(xiàn)赤泥顆粒的低溫?zé)伞#崳姡玻矊嶒灧椒ǎ崳姡玻玻背嗄嗷汕傻闹苽洌崳娨欢巧希崳姳狙卸党嗄嗷w粒吸附劑的制備包括H部分,第是原料的前期準(zhǔn)備,第-3所示顆粒的制備,第H是赤泥基顆粒的燒制,其工藝流程圖如圖2;篩選、烘干、 ̄研磨赤泥 ̄稱量配比、過篩tI取料??攬拌、混合巧^!—外加劑一I‘-——1化C烘干<室溫靜止陳腐2仙*手工造粒?加適量蒸溜水調(diào)制糊I過6目篩入爐燒制?成品赤泥基顆粒吸附劑圖2-3赤泥基顆粒的制備工藝流程圖F-i.23Prearationrocessofredmudbasedranlleadsorbentgppg(1)原斜的前期準(zhǔn)備‘赤泥、廢玻璃粉、高嶺±經(jīng)篩選后于105C下烘干2h,取出研磨,分別過100目標(biāo)11 ?;瘏g位項古論文赤巧基碩化漢附巧巧制去&其對水中宛巧的漢前研究準(zhǔn)篩,裝袋,備用。(2)生料顆粒的制備W實驗設(shè)計好的配比一(祥見3丄1),,按定配比稱量各原料絕合,充分撥拌均勻,一加入定量蒸饋水泡勻-m,調(diào)成粘糊狀,{^手工造粒(粒徑約為23m),將料球置于室‘溫下干燥24h,再置于干燥箱中105C干燥化,制得混合生料顆粒吸附劑。(3)赤泥基顆粒的燒制4(xrc將生料球有序排列置于瓷方舟內(nèi),待馬弗爐爐溫達(dá),將瓷方舟送入爐膛內(nèi),‘C/m一約5in的升溫速度升至燒結(jié)溫度,,保溫定時間,關(guān)閉點源將瓷方舟取出冷卻至室溫,過6目標(biāo)準(zhǔn)篩,制得赤泥基顆粒吸附劑。2.2.2靜態(tài)吸附實驗研究一定質(zhì)量的赤泥基顆粒與將50ml模擬廢水置于100ml具塞錐形瓶內(nèi),在恒溫水?。崳娨欢〞r間振蕩反應(yīng)器中W振速lOOr/m虹振蕩。反應(yīng)結(jié)束后,取上清液過濾,稀釋至分光光度汁測定范圍,W蒸饋水作為參比,測定吸光度,具體分析測定方法見2.3。2.3實驗測定與表征2.義1實驗分析與測定(1)磯的測定磯的測定采用國家標(biāo)準(zhǔn)方法—《水質(zhì)總縣的測定鋼酸按分光光度法》56[](GB1-189389。(2)氨氮的測定氨氮的測定采用國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)—《水質(zhì)氨氮的測定納巧試劑分光光度法》[巧(HJ-5352009。為反映赤泥基顆粒對氮稱的吸附能力一采用吸附容量,對吸附劑吸附能力的表征統(tǒng)和去除率表示,根據(jù)吸附前后溶液中氮磯的濃度差,計算出赤泥基顆粒對氮磯的吸附容-量-1)Q和去除率A,計算公式如下(2和(22);-C色e=。來-吸附容量0(21)m12 專業(yè)單技碩古論文赤巧基顆牧歡附制巧制各&其對水中氣礎(chǔ)的化酣巧巧4=拉I魚)x-22)去除率100%(C〇其中--m/L:Co模擬廢水初始濃度(g);Ce---t時刻模擬廢水的濃度(mg/L);V-…L溶液體積(;)m—吸附劑質(zhì)量(g)。2.義2表征分巧(-1)X射線衍射分析°-(XRD)使用X射線衍射分析定性分析晶體結(jié)構(gòu)和物相組成,實驗掃描速度10/min,°° ̄掃描電壓為30kv,電流為20mA,掃描范圍為1080。(2)掃描電鏡分析、二真空條件下對樣品表面進(jìn)行鍛金處理后,采用掃描電子顯微鏡在加速電壓次電x ̄x.5KV、lOmn和258〇〇子像分辨和放大倍數(shù)范圍分別為1.萬倍的測試條件下,對生料球及燒成赤泥基顆粒樣品的微觀形貌及內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察表征。(3)傅里葉紅外光譜分析將烘干的試驗樣品與漠化鐘混合均勻(比例約為1:200),在無水環(huán)境下于瑪瑤研體。中磨細(xì),壓制成片后進(jìn)行透光測定(4)抗粉碎性能測試赤泥基顆粒吸附劑置于烘箱內(nèi)烘干至恒重,對其定量稱取,質(zhì)量記為mi,與50ml蒸饋水置于lOOmL具塞錐形瓶內(nèi),于實驗相同轉(zhuǎn)速lOOr/n血條件下恒溫震蕩3h,取出°未破碎的赤泥基顆粒吸附劑,在105C烘箱內(nèi)烘干至恒重,冷卻至室溫,質(zhì)量記為m2,-根據(jù)公式(23)計算抗粉化率1:1抗粉化率;7=^(2-3)m玉(5)吸水性能測定吸水率用于衡量赤泥基顆粒的緊致性能—法》,W國家標(biāo)準(zhǔn)總局《輕骨料試驗方5s‘[-8至室溫后(她28421)功標(biāo)準(zhǔn)。將赤泥基顆粒于105C烘箱烘干至恒重(g),冷卻,等量分成H份,稱取每份的質(zhì)量,然后將其放入盛放有蒸溜水的玻璃杯中,吸水比后,13 專業(yè)単化巧女論文赤巧基顆化漢耐狗的制去及其對水中面■媒巧漢地研巧將赤泥基顆粒置于干巧干的濕毛巾上來回滾動數(shù)次,抒千毛巾,重復(fù)實驗,然后稱重-(g)。赤泥基顆粒比吸水率K計算式如(24):i化吸k=-水率(24)各(6)耐酸性能測試‘C將赤泥基顆粒于l〇5烘箱烘干至恒重,質(zhì)量記為M,分別置于1%的H2SO4或1%‘的NaOH溶液中浸泡一天,將完好的赤泥基顆粒取出,于105C烘箱烘干,蒸傭水洗凈泥基顆粒耐酸7?性能W計算式如(2-5)至恒重,質(zhì)量記為Ml:,赤=-/-if?1X100%(25)(M14 專業(yè)單化項古論文赤巧基額化巧>耐制的制去&其對水中苑巧巧漢冊巧巧第;章赤泥基顆粒吸附劑的制備及表征3.1赤泥基巧粒吸附劑的制備113..赤泥基顆按吸附劑的面方設(shè)計、鉛組分是赤泥焼結(jié)成球的基礎(chǔ)原料珪,較高的Si〇2和Al2〇3是制備成赤泥顆粒堅一實骨架的重要保證,Si〇2和Al2〇3在高溫下烙融,形成定粘度的溶融相組分,內(nèi)部經(jīng)一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣體,氣體的產(chǎn)生和釋放使熟性狀態(tài)的顆粒球內(nèi)部產(chǎn)生類似球形的孔洞,并隨氣體的流動產(chǎn)生各種交聯(lián)的孔結(jié)構(gòu)。wtie-A-傳統(tǒng)制備陶粒RilyH元法(Si〇2l2〇3助溶劑)配料相圖中,原料Si〇2的最優(yōu) ̄79%〇 ̄25%CaO組成范圍較高(46%),其次是Al23(1〇%),此外還有、MgO、Na2〇 ̄和K2O等助溶劑(13%26%)。而本實驗所采用的廣西拜耳法赤泥有娃低助溶劑高的現(xiàn)。象,難W實現(xiàn)在該化學(xué)組成范圍內(nèi)燒結(jié)有學(xué)者提出,適當(dāng)降低娃的含量,并提高助溶劑的含量也可達(dá)到較好的燒成效果,并有助于燒結(jié)中形成液相,還可降低燒成溫度,如 ̄45%謝襄漓等在用赤泥燒制燒脹陶粒的研巧中,在Si〇2含量為25%、Al2〇3含量為 ̄ ̄12%16%、助溶劑(CaO、MO、Na2〇和區(qū)〇等)含量為30%40%的條件下,燒制g2wit的陶粒膨脹效果良好,可作為環(huán)境修復(fù)材料和建筑工程材料;同樣,Tsai在Si〇2含量 ̄35%44% ̄為、Ab〇3含量為1〇%26%、助溶劑(CaO、MgO、Na2〇和&0等)含量為%%^4%時,此污泥灰為原料可制備出性能良好的陶粒材料。綜上所述,燒制陶粒較適宜的原料化學(xué)姐成范圍大致如圖3-1中實線區(qū)域所表示。15 專業(yè)輿化碩古論文赤巧基顆化漢酣菊巧制去及其對水中盈現(xiàn)的漢樹巧巧本研巧W燒制陶粒配方設(shè)計為制備赤泥基顆粒材料的基礎(chǔ)。W充分利巧赤泥的前提一,下,抵添加廢玻璃材料彌補(bǔ)赤泥娃含量低這缺點,結(jié)合拜耳法赤泥和廢玻璃的組成確定實驗配方組成3-1,圖中虛線所示區(qū)域為本實驗配料化學(xué)組成范圍。SiOjlOO%./(XMA/y/^入E70%AI20370%5050403020溶劑10?3-困1肉粒制備原料化學(xué)組成相圖-hFi.31Therawcemicalinceramsiterearationgpp本研究赤泥基顆粒的燒制大量利用赤泥為目標(biāo),赤泥選取比例不低于50%,在滿-足符合燒制組成范圍的基礎(chǔ)上,設(shè)計四組原料配如表31;-顆粒材料的配比與設(shè)計w表31赤泥基(t%)b-Tale31Thematchinanddesinfdmudbalwt%goresedranue()gg-編號赤泥廢玻璃高峻止碳微RG1801055RG2751555民G3702055RGA55^^16 專業(yè)學(xué)位碩古論文赤泥基顆化雙附煙的制各及其對水中忿踏的設(shè)附研巧3.1.2赤泥基巧粒吸附劑的燒結(jié)溫度設(shè)計燒結(jié)過程是決定陶粒成型及產(chǎn)品性能的重要環(huán)節(jié),為確定燒結(jié)溫度范圍,對陶粒的-主要成分赤泥進(jìn)行TGDTA分析(ThermalravimetricAnalsisTG),其中熱重分析gy,是指樣品質(zhì)量隨溫度變化走向的曲線,差熱分析(DiferentialThermalAnalysis,DTA)是待測樣品與某種在實驗溫度下不發(fā)生任何變化(物理變化和化學(xué)反應(yīng))的參比物進(jìn)行等速變溫相比較,待測樣品溫度的增高或降低表現(xiàn)為放熱或吸熱反應(yīng)。本實驗樣品測試°°’條件為:氮氣環(huán)境下,初始溫度為20C,升溫速度為10C/min,最高濕度為lOOOC。-DSC分3-2所示赤泥的TG析結(jié)果如圖;102I1^-100^—巧1-9目5%化;《《T92^、1-\590.25%88-I—86<111i111■02004006朋8001朋0T/r圖3-2赤泥的DSC-TG曲線F--mud.32DSTGcurvigCeofred3-2可由圖知:,赤泥的熱分解分為H個主要的失重區(qū)間°°一 ̄(1)200410C271C峰值向下,為吸熱反應(yīng),,有個尖銳的差熱峰,峰值為,此階段為表面水的受熱脫除fW,如H水鉛石、徑巧石等的分解脫水,質(zhì)量損失約為5%;°’一10 ̄5(2)4^C510C物質(zhì)結(jié),有個寬且強(qiáng)的差熱峰,峰值為,此峰值為內(nèi)部礦一31-晶水脫除,如水硬鉛石分解脫除結(jié)構(gòu)水生成aAl〇戶,此階段也伴隨著有機(jī)物碳化2的發(fā)生,表現(xiàn)為有少量的氣體開始產(chǎn)生,該階段的質(zhì)量損失約為2.5%;17 d■■專化単位碩trte文赤泥接碩粒雙附擁巧制奮及其對水中知彈巧雙附巧寶°’一3?()575850C,有尖銳的差熱峰,峰值在686C,此階段伴隨著有機(jī)物的分解sfw放熱和礦物質(zhì)成分的吸熱分解,,,如方解石等碳酸鹽類物質(zhì)的分解此階段有氣體產(chǎn)生由于吸收的熱量大于有機(jī)物釋放的熱量,差熱峰值為負(fù)值,質(zhì)量損失約為5.25%。眾多研究表明,C0和C化是陶粒產(chǎn)氣的主要氣體成分,主要分為料球內(nèi)部水分蒸‘?、C開發(fā)有機(jī)物碳化燃燒產(chǎn)氣和鹽類組分分解產(chǎn)氣H種類型,其中,有機(jī)物在400600°a ̄CFeS始碳化分解,碳酸鹽類(CC〇3、MgC〇3)分解溫度為400900,硫化物(2、S)°’65tlCF ̄分解溫度近900,e〇)分解溫度較高10001300C。氧化鐵類(23,為高溫入爐易引發(fā)炸裂一,為達(dá)到良好的燒脹效果,生料球在燒制前般需進(jìn)行預(yù)熱處’一理?,預(yù)熱溫度般為300500C。根據(jù)赤泥的失重曲線和料球內(nèi)物質(zhì)的產(chǎn)氣變化溫度,’°本次選?。矗埃埃脼槿霠t溫度,W5C/m虹的速度緩慢升溫,此過程相當(dāng)于預(yù)熱處理過程,’且W400C為入爐溫度時既可保證顆粒內(nèi)部結(jié)合水的有效脫除,又可使有機(jī)物充分碳化’。C產(chǎn)氣,為料球表層的軟化做充分準(zhǔn)備由赤泥的失重曲線可知,赤泥的失重量在850’一后變化不大量趨于平穩(wěn)融溫度?800C,材料質(zhì),另外,根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn),玻璃的烙般為700左右,溫度過高則會造成烙融組分的粘結(jié)。因此,本實驗擬選?。罚埃?、800、900、looor四個溫度進(jìn)行燒結(jié)溫度研究,并選?。怠ⅲ保?、15、20min四個保溫時間。11.3赤巧基顆抵吸酬最隹工藝的研巧由于赤泥基顆粒吸附劑的制備參數(shù)與原料的配比和燒制工藝的不同有關(guān),且各因素之間都存在相互影響的關(guān)系,需要用科學(xué)的實驗方法來確定最佳的工藝條件。正交實驗是研究多因素多水平的實驗設(shè)計方法,實驗數(shù)據(jù)均勻分散,齊整可比,并大大減少了實一驗次數(shù),是種高效、便捷、經(jīng)濟(jì)實用的實驗方法。本研巧巧用正交試驗聯(lián)合單因素實驗確定最優(yōu)的工藝條件。利用DPS軟件進(jìn)行正交實驗設(shè)計,通過前兩章擬定的原料配比3-、燒結(jié)溫度和保溫時間S個因素,各因素選取四個水平,得正交實驗水平表如表2所示S因素四水平正-。,交實驗設(shè)計表如表33所示W憐的吸附容量和抗粉化率為考察3-3的主要指標(biāo),實驗結(jié)果見表。18 專業(yè)學(xué)化碩db論文赤帶墓穎粒漢閒■制的制各或其對水中忿蹲的設(shè)附巧與表3-2赤泥基顆粒吸附劑正交實驗因素水平表Tab-2Thvrsrxnleseleelfactoofothogonaleperimet水平原料配比(A)燒結(jié)溢度(B)保溫時間(C)1民G170052RG2800103RG3900154RG4W表3-3正《實驗設(shè)計確定的制備條件Tle3-3Preieddeabarationcondinpitiondetemi打byorthogonalsg ̄ ̄片口原料配比燒結(jié)溫度保溫時間抗粉化率吸附量頭—齡站可(A)(B)(C)(%)(mg/)g1.11197983.31212299263.82.313399.374.0841499.4.56251521298.783.26622199.193.3372499.3.54359824399.682.41931399.082.621032499.482.721133199.702.85123499322.8.081341499281.80.1442399.632.151543299.862.261164499m1.69-民根據(jù)表33的,其中Ki(第實騎結(jié)果,經(jīng)過數(shù)據(jù)處理,計算各列的K、k值和極差,k一J列)為第列中數(shù)字叩所對應(yīng)的指標(biāo)值之和;i為Ki的平均值,同因素下ki值越j大,則指標(biāo)值越理想;民(第j列)為第j列中kl,k2...的的最大值與最小值么差。根據(jù)ki的變化規(guī)律和民值的大小,分析每個因素對指標(biāo)的影喃趨勢,并排列出各因素的影響主次關(guān)系--。正交實驗結(jié)果見表34和35.19 ■制的術(shù)專業(yè)學(xué)tfl:碩女論文恭銀暮穎牠雙樹I備次其對水中孤蹲的設(shè)附巧巧表3-4正交實驗設(shè)計分析)(抗粉化率b-Tale34orthoo打alexerimentofcrushin化5施。〇6gpgI—^9J.^.\|i'3yt—扣稱rTT?7^—原料酷比(A)燒結(jié)溫度(B)儒溫時間(C)396>W17395123S6.78,..W2397.19397.56397.73W3398.09398.47397.76W986839998397.8643..w99..04987899.20抗粉化率i/%W99.3099.3999.432W399.5299.6299.44W499.6799.7599.47艮0.630.970.27因素主一次B>A>C表3-5正交實驗設(shè)計分析(吸附量)T-enfabamoundbedle35orthogonalexprimetotasor—指標(biāo)分析項目原料配比(A)燒結(jié)溫度(B)保溫時間化)13..7210981U8K212.巧12.0311.41Ka10.2612.7711.:26K47.908.6910.62k3..432.74280,吸…附量,/msg/ge.012kz3.153.85ka2.563.192.81K41.972.172.65R1.461.020.20因素主一次A>B>C’由表3-4可W看出CW上燒結(jié)溫,赤泥基顆粒吸附劑的抗粉碎率整體較高,SOO度燒結(jié)的赤泥基顆粒抗粉化率都大于99%,均有良好的抗震性能。赤泥基顆粒抗粉化率的極差大小排序為民b>Ra>Rc,表明燒結(jié)溫度是蘭個因素中最重要的,主要原因分析可能°‘是700C下燒結(jié)的赤泥基顆粒硬度還不夠穩(wěn)定,當(dāng)溫度達(dá)800C及^>1上時,赤泥基顆粒穩(wěn)定性明顯增大。表3-5表示赤泥基顆粒吸附劑對憐的吸附性能實驗結(jié)果,從表中可W看出,原料配比、燒結(jié)溫度和保溫時間的極差值分別為1.40、102.2.、0,而極差值越大,對指標(biāo)的影20 dt論義赤泥暮顆化效府■前巧制各及其對水中氣雜巧化附巧巧?;瘏g位碩I,響越顯著,因此,原料配比是影響赤泥基顆粒吸附劑吸附鱗的最重要因素其次是燒結(jié)溫度。-3-334將S個因素對指標(biāo)的影響趨勢進(jìn)行分析如圖和圖所示:99-.SI1巧.798?9.^■.h阻■/f'P助./99.I/I/.3I/t/\h/&'’//化.8沾./巧./_2t.日RGRG36241620221RG2R647巧7巧㈱腳腳蝴1咖46101118F蜘mra耐ture/tnane/mmrawmtieriaoSkitil^聽g圖3-3王因素對抗粉化率的影響超勢F-inig.33Thethreefactorsimpact〇打crushgresistance-由配方設(shè)計表31可知,配比RGKRG2、RG3和RG4的玻璃粉滲量由10%W5%‘增速遞增到25%3-3,由圖可W看出,玻璃粉滲量越高,抗粉化率越大,表明了赤泥基顆粒的抗粉碎性能與玻璃粉的滲量有關(guān),這可能是由于玻璃粉提供了大量的Si〇2和Na2化在燒結(jié)過程中起到助燃的作用,提高了抗粉化性能。H因素在不同條件下,赤泥基顆粒的抗粉化率大都在99%W上,說明H個因素的升高或降低對抗粉化性能的改變頓度所占的比例很小,可,因此,不1^成為抗震性能良好的吸附材料在后續(xù)研究中將其作為選擇最佳實驗條件的依據(jù)。3.6r.■2.835Mr\\.\3:r\1:\\?.■?-?-?-1.1.II■1.I.I.I.I.I.-IL丄.I:q^g7007說咖850撕蝴1伽48巧巧勸賄1RG2R63RG41610巧422n帕偷alnoFirinmerature/X)wtigtepi/miSoakingtiDen圖3-4王因素對吸附容量的影響趨勢F-iftittadsorbedg.34Thethreeacorsmpaconamoun21 專業(yè)舉位碩女論文赤泥暮顆粒效附制的制奮次其對水中額蹲的效附研兜由圖3-4可W看出,赤泥添加量與除磯性能成正比,說明赤泥是赤泥基顆粒吸附除°磯的主要成分7〇(TC到9〇oc,吸附劑的吸磯能力持續(xù)上升loocrc;燒結(jié)溫度從,時吸附劑吸附能力明顯降低,W燒結(jié)溫度90(TC條件下考察的指標(biāo)效果達(dá)到最佳;保溫時間-對吸附性能的影響在515min內(nèi)變化幅度不大。由正交實驗直觀分析可W得到最佳的實’驗結(jié)果為原料配比RG1,其巧焼溫度為900C,保溫lOmin。在實際操作中,實驗溫度梯度較大往往會有誤差,為得到最佳的工藝條件,在正交實驗的基礎(chǔ)上,選擇影響顯著的因素和水平進(jìn)行單因素實驗,本次原料配比擬選?。遥牵薄ⅲ崳娨唬遥牵病ⅲ遥牵??,燒結(jié)溫度范圍為85095CTC(Wl(TC作為個梯度,保溫lOmin)進(jìn)行實驗。憐溶液的初始濃度為50mg/L,實驗陽值為5,投加赤泥基顆粒4g/L,W轉(zhuǎn)速lOOr/min°7-恒溫(2C)震蕩180min35,結(jié)果如圖所示。8I1-98—6-RG1RG2-97;,I00RG3?5--961■I-i尸I3--93I?、'、*-.92、?-A-2-*?-91I1...——]111111i1.1i90820840860朗0900920940960°Firntemerature/Cigp圖3-5不同制備條件下赤泥基顆粒對轉(zhuǎn)的哎附效果/抗粉化率影響F-mud.5Theamounrrusressanceorvarousredranlleig3tadsobed/chingitfibasedg°--由圖35可知,在800900C燒結(jié)溫度下H種配比的赤泥基顆粒都表現(xiàn)出良好的,抗粉碎性能,較配比民G1和RG2,爾比RG3的抗粉碎性能表現(xiàn)最佳,而吸附性能則相一反,致配比,RG1赤泥基顆粒的吸附性能明顯高于RG2和民G3送與正交實驗結(jié)果;°’°RG1、RG2和RG3達(dá)到最佳吸附量的燒結(jié)溫度分別為870C、850C和840C,添加廢玻璃粉樣品烙融溫度范圍相應(yīng)拓寬,達(dá)到最佳燒結(jié)溫度后,隨溫度的升高烙融相會堵塞生成的氣孔,使吸附性能下降。結(jié)合赤泥用量和赤泥基顆粒吸附劑的吸附性能等綜合考慮>,確定1101,1^配方為1即°赤泥慘量為80%,廢玻璃粉慘量為10%,高嶺±5%和碳粉5%,燒結(jié)溫度為870C,保22 專業(yè)學(xué)位碩古論文責(zé)躬暮顆犧雙的■制的制奮沒其對水中致蝶的效附巧免溫lOmin,為赤泥基顆粒吸附劑的最佳制備王藝,在此條件下的赤泥基顆粒對磯的吸附能力為82m*4.g/g,抗粉化率為99.33%。下統(tǒng)稱為RG1。3.2材料的表征3.么1XRD分析°***70C,保溫RG1RG2RG3對在燒結(jié)溫度為8lOmin的條件下制備的、和赤泥基XRD--顆粒,用衍射儀對其物相組成進(jìn)行分析36ac,結(jié)果如圖所示。()1.內(nèi)。2,13.化^.CaAIO^^^14.CaA?。粒。萤枺?,王2102030地如饑7080°20/(a)RGl1.內(nèi)口:,2.漢〇2133ral〇.A,it'O4X:aAlAlSi(,)^^j132.I■I...I.I.II10203040如607080^/29(b)民G223 專業(yè)學(xué)位碩女論義赤銀基顧微雙附制的制各及其對水中氮雖的雙甜巧究口1.扣料25O./j3.邸頌Ai.CaAIALS0^{)^,122’2232誠雜纖卿10203040如如7080^/20(C)民G3圖3-6XRD圖譜-F.rnig36XRDattesp**-*H種赤泥基顆粒晶體對比原赤泥物相分析圖譜(詳見圖21),RGl、RG2、RG3組成及吸收峰強(qiáng)度發(fā)生了明顯變化一水硬鉛石等在高溫下分解,方解石、水化石檔石、瓣失,并生成了新的物質(zhì),且基線毛刺較多,說明赤泥慘了玻璃粉燒結(jié)之后,產(chǎn)物生成***玻璃相組分,且玻璃粉接量越多玻璃相組分越多。民G1、RG2、RG3H者主要的物相(Fe〇)、石英(SaAl日aAlAlS〇)構(gòu)成為赤鐵礦23i〇2)、侶酸三巧(C32〇6巧巧錯黃長石(C2(,化7*-(a(等,對比圖34)和C)可W看出,玻璃粉慘量最多的RG3,燒結(jié)后石英組分吸收峰明顯增多且強(qiáng)度增大,這可能是因為玻璃相、石英等架狀結(jié)構(gòu)娃酸鹽類物質(zhì)的存在可W增強(qiáng)顆粒的硬度,因此廢玻璃粉慘量越多,赤泥基顆粒的抗粉碎性能越好。而赤泥姐*分多的RG1,,高溫下生成更多的金屬相物質(zhì),激發(fā)了赤泥表面哲基官能團(tuán)有研究表明*IW,金屬物相的形成有助于提高RG1的表面吸附作用,因此,赤泥含量越高,吸附劑的吸附性能越好。3.2.2化M分析吸附劑表面的形貌特性會影響吸附劑的吸附性能,通過SEM對赤泥基顆粒吸附劑***的表面形貌及特征進(jìn)行直觀分析,生料球和在最佳燒制下制備的民G1、RG2和民G3-的表面形貌特征掃描電鏡照片如圖7 ̄3(a)(d)所示。24 ?;瘏g位碩古論義貴泥基碩化設(shè)附狗的制各及其對水中孰現(xiàn)的設(shè)附巧巧'^.:■:.攀:虐湖ssaX***.顆粒生30).Rl0R2(X30)d330)料(,bG(X3)c.G.RG(X,圖3-7赤泥質(zhì)顆化的表面形貌SEM分析-F.ibllig37SEMmcrographsofredmudasedraneg由圖3-7看出,赤泥基顆粒為圓形球狀顆粒比圖a未燒結(jié)生料球的SEM圖片,,對燒結(jié)后的赤泥基顆粒表面出現(xiàn)豐富的蜂窩狀的氣孔一,氣孔大小不,無規(guī)則的分布于赤泥基顆粒表面;圖a中配方民G1赤泥基顆粒表面粗糖,氣孔W小孔為主,大孔較少,且為連通氣孔RG*,這有利于增大其比表面積和吸附過濾性能;圖C和圖d顯示,2和RG*3赤泥基顆粒表面明顯出現(xiàn)玻璃質(zhì)表面晶化現(xiàn)象,,大量封閉和未封閉氣孔清晰可見’**但W封閉氣孔為主,這說明民G2和RG3赤泥基顆粒在870C溫度下燒結(jié)時已出現(xiàn)大量烙融液相,在持續(xù)的高溫?zé)Y(jié)下烙融液相相互排擠,堵塞了氣孔而造成氣孔封閉,且RG**2和RG3赤泥基顆粒含玻璃成分較多,玻璃相組分烙融后將赤泥組分包裹起來,減少了赤泥內(nèi)部有效組分與稱溶液的接觸,導(dǎo)致吸附性能降低。與XRD分析是相吻合的。3.2.3FTIR分析**RG1FTI民3-8G1的譜圖如下圖所示,由圖可知,燒結(jié)前后R赤泥基顆粒的表面基團(tuán)沒有發(fā)生太大改變*,有些峰由寬大扁平變得尖銳生料相比,民G1;與燒結(jié)后波峰25 專化単位碩古論文赤巧基顆化漢附制的制備及其對水中忿滿的設(shè)附研免---iii0化m、cm-OH或在321689和1451cm左右出現(xiàn)的吸收峰變大,此為&0的伸縮振*動峰-,說明燒結(jié)過程中有結(jié)晶水的脫除RG1OH基團(tuán)頻,表面出現(xiàn)大量結(jié)構(gòu)完整的;-i*--995cm-0-^率約處的峰為SiSi基團(tuán)的峰譜,與原生料相比,民G1表面出現(xiàn)大量的SiO鍵,吸附劑能通過此類化學(xué)鍵與吸附質(zhì)發(fā)生結(jié)合,提高吸附能力。巧G1生料’、、S■旅1燒結(jié)后\40加巧00300025002000巧001000如0—W1vNumber/cmae圖3-8民G*l燒結(jié)前后的紅外光譜圖-TFFTIRorrsnernig.38hefbefbeandafteitig3.2.4理化性能分析*二3.2RGl依據(jù)第章2.的測試方法,,對赤泥基顆粒各項理化性能指標(biāo)進(jìn)行測試分析3-6結(jié)果見表??桑卓闯龀嗄嗷w粒具有良好的耐酸耐堿性能,W耐堿性能表現(xiàn)最優(yōu)異,H大民G*都表現(xiàn)為弱堿性或堿性1而富營養(yǎng)化水體的p,為在實際中的應(yīng)用提供了可能性。表3-6赤泥基顆粒的理化性化Tae3-6Phbiruntnreseranllyscsandchemistyfcioofdmudbadgle吸附劑BET比表面積吸水率體積密度昆氣孔率耐酸性耐堿性 ̄-'^RG*-16.00m14.83%/20.06%79.8641%g1.33cm%斯g3.3本章小結(jié),本章采用了正交實驗和單因素實驗,對影響工藝條件的各個因素進(jìn)行探討分析考察了配比和燒結(jié)工藝對赤泥基顆粒性能指標(biāo)(磯的吸附能力和抗粉碎性)的影響,得到如下結(jié)論:26 ?;瘏g化碩古論文赤巧基碩粒設(shè)樹■制巧制各及其對水中汲蹲巧漢附巧免(1),成本實驗W廣西拜耳法赤泥為主要原料,通過添加玻璃粉等輔料高溫?zé)Y(jié)功降低了燒結(jié)溫度,研制出了抗震性能好的具有除憐效能的赤泥基顆粒吸附劑。*(2)通過正交實驗和單因素實驗(RG1),確定最佳的赤泥基顆粒制備工藝條件°:80%5%C為赤泥慘量為,廢玻璃粉滲量為10%,高嶺±5%和碳粉,燒結(jié)溫度為870,23,保溫lOmin。吸附劑比表面積為6.00m人吸水率為14.83%lJ3/cm,g,體積密度為g顯氣孔率20.06%,耐酸性為79.86%,耐堿性為%.41%。此條件下的赤泥基顆粒吸附劑’(投加量為4g/L、pH值為5,溶液初始濃度為50mg/L,恒溫27C吸附180min)對磯的吸附能力為4.82mg/g,抗粉化率為99.巧%。(3)經(jīng)XRD、SEM、FTIR表征,可知赤泥基顆粒呈圓形,且表面氣孔結(jié)構(gòu)豐富,’**RG*在870C濕度燒結(jié)lOmin條件下,RG1赤泥基顆粒W連通氣孔為主,RG2和3赤泥*-O-S基顆粒用氣孔為主。RG1赤泥基顆粒表面生成大量的経基基團(tuán),且存在Sii鍵。27 ?;瘑挝淮T±論文赤mm顆化設(shè)耐制巧制各次其對水中扭雄巧設(shè)附巧巧第四章赤泥基巧粒吸附劑對水中巧的吸附性能研究4.1齡吸附實驗方法4.1.1不同賄1刊的拓bp量*分別稱?。?、4、6、8、10、16、20、30g/L的RG1于lOOmL具塞錐形瓶中,加入°50mL濃度為50mg/L的模擬含碟廢水,調(diào)節(jié)pH值為5,在27C恒溫、振速為lOOr/min的條件下水浴振蕩180min,測反應(yīng)后溶液pH值,取上清液W2.3.1(1)的測定方法,測定其吸光度。4.1.2不同初始pH值用HC1和NaoH將濃度為50mg/L的模巧含磯廢水溶液初始陽值調(diào)節(jié)至2、3、4、*5、6、7、9、11,分別移?。担埃恚逃冢欤希希恚叹呷F形瓶中,根據(jù)正交實驗結(jié)果,民G1°C的投加量選?。叮蹋玻罚欤希希颍恚椋畹臈l件下水浴振蕩180min,g,在恒溫、振速為取上清液W2.3.1(1)的測定方法,測定其吸光度。4.1.3不同初嫌度配置濃度分別為lOmg/L、20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/L、60mg/L、80mg/L的模擬含磯廢水,調(diào)節(jié)溶液H6左右50lOOmL,p值為,分別移?。恚逃诰呷F形瓶中°RG*1投加量為0.5(Cm上清液按照2..1(g,恒溫27)水浴振蕩吸附180in,?。常保┑模崳姡y定方法,測定其吸光度。4.1.4不同反應(yīng)時間稱取最佳RG*1投加量0.5g于含50mL濃度為50mg/L的模巧含麟廢水中,在恒濕°一?(27C)、振速lOOr/min的條件下進(jìn)行水浴振蕩定時間(10420min),取上清液按照2.3.1(1)的測定方法,測定其吸光度。28 專業(yè)単位碩dt論文赤泥基顆化漢腳劑的制各及其對水中紅蹲的設(shè)咐研巧4.2結(jié)果與討論4.2.1脫1*巧加量**RG-1吸附劑投加量對磯的吸附效果影響見圖41RG1,由圖可知,隨著投加量的增加,麟的去除率不斷上升,投加量同磯的去除率呈正相關(guān)關(guān)系,在投加量為6g/L時曲線出現(xiàn)一折點,增幅略微減緩,但去除率仍在提高,與之相反,隨投加量的增加吸附容量逐漸降低其原因分析是隨*;民G1用量的增加,吸附劑總比表面積增大,吸附位點增多,促進(jìn)吸附快速進(jìn)行6,,投加量大于g化后溶液對單位比表面積的吸附驅(qū)動力開始減弱,造成了去除率增幅減緩的質(zhì)量隨投加量的增加表現(xiàn)為增大此表觀;吸附劑,因吸附容量表現(xiàn)為降低。吸附反應(yīng)后溶液中的H4-2所示H值表p如圖,隨投加量的增加吸附后溶液p現(xiàn)為增大,表明伴隨有堿性成分的析出,實驗中觀察到,吸附反應(yīng)后有白色沉淀生成,且隨投加量增加白色沉淀物越多,這可能是溶液中的磯與赤泥中溶出的Fe、AKCa等離子反心1應(yīng)生成碟酸鐵鹽、憐酸侶鹽、憐酸巧鹽沉淀。綜合考慮吸附劑的充分利用和在工程實-踐中的可用性6/L為H值在78,,取g實驗最佳投加量,在此投加量下吸附反應(yīng)后p附近可得到比較理想的水質(zhì)pH條件。-—-10.0Amoun^tadsorbed0769-.5-6。A.’.'.5。:y盧!::.\。4r乂;K/75./-3.30|/1、E\2。/;:■■''■■■■IIIIIIIIII1QIII02468101214161820220246810121416182022.1-'(1Do拍/gL)DoseKg丄)*圖4-1RGl投加量對誨的吸附效果影響圖4-2吸附后溶液中的HpF-*i.41EffectofRGIgdosageonF-.42ThefinalHa巧eradsotiigprponphosphorusadsorption29 專化単位碩古論文赤巧基顆化設(shè)附劉的制各&其對水中氮蹲的設(shè)附?巧竟4.2.2初始pH的影響溶液pH變化會影響憐的存在形式,不同稱酸根的存在形式對吸附效果產(chǎn)生影響。'2隨著pH的升高,憐酸根的形態(tài)分布依次為HPO、HPO、hp〇日h%但34244^V四種形態(tài)之間無明昆界限區(qū)分,隨pH的變化相互轉(zhuǎn)換,當(dāng)pH小于2時,溶液中磯酸鹽WH3PO4-2-2?HP ̄為主7711時HP0;陽在之間,s化為主要的憐酸鹽存在形式;陽為,W4為3?主要的磯酸鹽物相-;而當(dāng)pH大于11時,P化大量存在溶液中。由圖43可W看出,**民G1對憐的吸附性能隨pH的升離表現(xiàn)為先增大后降低,在陽值為2左右時,RG1對憐的吸附效果最低,導(dǎo)致吸附效果不佳而在,原因是H3P化不易被赤泥吸附去除;2--2-pH為5?7范圍內(nèi)具有良好的吸附效果此時HPO響HP0,因為,244轉(zhuǎn)變,H2PO4同冊〇4共存于溶液中,兩種形志的磯酸鹽都易被赤泥吸附去除;當(dāng)pH大于7時,由于大量增?H大于加的0H與憐酸根離子在吸附位點產(chǎn)生競爭,因此吸附效果下降11時,部分;p3^*?〇4^民01赤泥成分中的活性金屬反應(yīng)生成化學(xué)沉淀。溶液的自然pH為5.63,綜合考慮除磯效果和藥劑的使用,確定實驗最佳pH值為6。5.0I4-.5I:葛3..。^.1.1,1,1.1.1.1.1.1.1.911112123456780pH圖4-3溶液初始H對蹲的誠咐性能的影響pF-*.4EfeHosrwaronasroncaacusn民G1ig3ctofpfwa化化dotipityigp4.2.3巧初始巧度的彩響**民G-溶液初始濃度對l吸附磯的影響見圖44lOm/L,民Gl,可見當(dāng)初始濃度為g時,,對憐的吸附可達(dá)71.39%但隨溶液濃度的提高去除率反而降低,主要是低濃度時吸附劑的吸附位點利用較充分;吸附容量隨濃度的增加而增大,說明赤泥基顆粒還未達(dá)到一一吸附飽和,在50m/L時,吸附曲線出現(xiàn)g拐點,般視為吸附劑單分子層吸附接近飽30 專業(yè)舉位碩女論文責(zé)死墓顆化效咐制的制各&其對水中額雖的巧咐研究和,因此綜合考慮材料的有效利用,確定最佳初始濃度為50mg/L。5-.0-80-;::\--^r/-抓\I?。崳姡迹牐玻埃牐牐崳姡海墸桑崳姡桑撸撸撸撸桑撸撸桑撸撸桑撸撸撸椋撸墸桑墸保撸??__I__IIII1II1.0300102030405060708090-iC-L(m)〇g國4-4爆液初始濃度對礎(chǔ)的吸附性能的影響F-.4ii4Effectofdiffereniconcenranhoshorusadsortongtnitialttionsoppp4.2.4反應(yīng)時間的彩喃圖4-5所示反應(yīng)時間對除礎(chǔ)效果的影響*,在60min內(nèi),RGl對憐的吸附隨反應(yīng)時間60?240mm內(nèi)240mn后迅速増加;對鱗的吸附量仍在提高,但增速減緩;而i吸附基本法到平衡,,并于平衡后曲線出現(xiàn)波動原因可能是反應(yīng)平衡后繼續(xù)振蕩反應(yīng)破壞了物理*吸附的平衡,,產(chǎn)生靜電斥力且赤泥成分中的堿性成分溶出會使RG1表面帶電負(fù)性,一因此在定時段內(nèi)會對磯的吸附能力減弱240min吸附反應(yīng)達(dá)平衡時吸附容量為4.29rng/g。5.0I1-.4.5*S3-.5f¥2-f.5j,.■...■..I-I.2IIIII1IIQ-如050D3如4004505001001加2如2如30I/min*圖4-5硬附反去除磯效果的影響泣時間對民GlF-*i.45EfecofadsorionheremlohosruusinRGlgtptontimetovafhosppg31 ?;瘏g位碩d■trtfe文赤駝基碩化化附細(xì)的制各&其對水中見游巧化附巧巧4.3赤泥基奶位對巧的吸附化理研究本章將對RG*一1吸附除磯過程進(jìn)行等溫模型和動力學(xué)模型的巧合研巧,進(jìn)步說明*RG1吸附除磯的特性和過程機(jī)理。4.3.1等溫吸拘橫型anmureunlch對實驗結(jié)果進(jìn)行吸附等溫模型擬合,Lgi和Frdi模型常用來分析描述吸-R模型的建立介于吸附與溫度有關(guān)附劑表面性質(zhì)特征,是最常用的兩種等濕吸附式,D,*Temkin等溫模型是從溶質(zhì)間的存在相互作用為角度進(jìn)行分析,本章對RG1的吸附特性-分別從四種等溫線吸附模型H個角度掛合分析,等溫式的性質(zhì)及應(yīng)用范圍具體見表41:-表41等溫方程的性質(zhì)及應(yīng)用范圍表Tab-le4IAdsorptionisothermand化eirappUeablecond出on等溫模型基本假定數(shù)學(xué)表達(dá)式參數(shù)適用范圍 ̄ ̄ ̄a.吸附劑表面均勻為單分子層最大吸C1qmeQ_=+b.吸附粒子間無作用力;而兩附量、b為吸附常數(shù)、單層吸附,物理Langmuir一1C.個吸附粒子只占據(jù)-把平衡參數(shù)與化學(xué)吸附RlL一1+6。個吸附點位1/n〈2,難吸附Fn=+reundlich中等覆蓋度吸附Ig,lnCe物理與化學(xué)吸附.!(i/n化,^〇.5易吸附-R=8)2.314(J/molK,,。=-Inq]nBs^qBD-R吸附與溫度有關(guān)物理與化學(xué)吸附=/?r—einl+(為最大吸附量)q吸附劑與吸附質(zhì)T=emkin中等覆蓋度吸附g公In+公InCB。A,。t吸附常數(shù)r^存在?相化互作用力’*:27C條件下RG1/LOOmL具實驗方法為在,,取投加量6g于l塞錐形瓶中配置濃度分別為lOmg/L、20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/L、60mg/L、80mg/L、lOOmg/L、120mg/L、140mg/L、200mg/L的模徵含磯廢水,調(diào)節(jié)溶液pH值為6左右,水洛振蕩吸-240m-附in。實驗擬合結(jié)果見圖46,通過線性回歸求得參數(shù)結(jié)果見表42。32 專業(yè)舉化碩女論文赤與暮顆化沒附制的制各&其對水中m雖的效附研臾18么5II12?°江。02040目0801002101401朗1234日1C/m丄InCe(g)ga.langmuir等溫擬合b.Freundlich等溫擬合2.510Ij■20r8-■156-::.X?.■■/IIII.III,I0.0I..,III0100000000004000005000006000020300000234512nCIee-c.DRd.Temk等溫擬合in等溫擬合*圖4-6民Gl對雖的等溫誠附模型*F-ig.46Iso化ermmodelonhoshorusadsortionb民G1pppy°-*吸附去除蹲的等溫模型拇合表42民Gl(27C)T-*abIe42TheresultofisothermaladsortioneuationbRGlpqy等溫吸附模型線性方程式2R模型參數(shù)二10.m)qm%(g/g二Lanmuir0.091乂+3.990g.921b=002(L/m.3g)=—二Freundlich0.486x0.2340y.9861/n0.486二5-023(m/g)qg-6D-R=-0"1.4682.452x10.614y。=b-(kJ/mo2l).452增K二m9(L)t(U6/gT=-emkiny1.1971x1.9660.876B二t1.97133 ?專化単化碩dbtfe?義赤泥篡碩化設(shè)酣軸的制奮及其對水中氮巧的化附巧免2-2D-通過表4,由線性回歸數(shù)據(jù)擬合可知,R吸附等溫模型擬合較差,R僅0.468,*說明溫度不是決定RG1對憐的吸附過程的關(guān)鍵原因,Langmuir、Freundlich和Temkin2*者R等溫吸附模型都能較好的描述RGl.900分對磯的吸附特征,特別前兩均大于0,*別為化921和0.986,說明RG1對磯的吸附介于單層吸附和多層吸附之間,Freun出ich等溫吸附模型具有明顯的相關(guān)關(guān)系,可見在該吸附過程中,表面異質(zhì)作用較明顯。根據(jù)Lanm山rE ̄g吸附等溫模型參數(shù)計算Rl因子,得出個溫度下Rl(0.179,0.813),介于01 ̄之間,表明該吸附容易進(jìn)行:且Freundlich吸附等溫模型參數(shù)1/n為0.486,介于0.10.5之間,同樣說明吸附易于進(jìn)行。4.32.動力學(xué)吸附漢型揪合’*27CL實驗方法為;在條件下6/L,,取RG1投加量g于lOOm具塞錐形瓶中移?。崳姡担埃恚虧舛葹椋担埃恚?、H6的模擬含憐廢水Or/min10、20、30、gp值為,振速lO水浴振蕩60、90、120、180、240、300、WOmin。4一二.3.2.1巧級巧偽級動力學(xué)橫型探討RG*1對磯的吸附去除過程,將磯不同溫度吸附反應(yīng)不同時間的實驗數(shù)據(jù)與偽一級動力學(xué)模型和偽二級動力學(xué)模型進(jìn)行擬合--;擬合結(jié)果見圖47和48,通過線性回4-歸求得參數(shù)結(jié)果見表3。一級動力學(xué)模型偽;--=虹-K(41)tqj^偽二級動力學(xué)模型;—=—1——-+(42)Kxq.互q"q"一—一吸附平衡和吸附一一其中:qm和qtt時刻的吸附量(mg/g);K,和枝偽級和-i二,偽級吸附速率常數(shù),單位為(min)和(g/mginin)。34 專業(yè)學(xué)位碩古論文赤典暮顆粗:規(guī)附制的制各&其對水中氛雖的戲附研免001I?1.1.1.IIIII■.■■Q01002003004001〇〇200300400〇tta4-8偽二級速率方程一固4-7偽級速率方程--meFig.48Pseudosecondorderodl--F.4Pmodei7seudofirsrderlgto’*4-RG27表3I吸附去除磅的動力學(xué)擬合(C)*Ta-ThresblofknecmeofRGlle43eutitiodl等溫模型方程式2參數(shù)結(jié)果R=2050(m/)qe.gg一二-0.009;c+1偽級模型y0.780.936—iK=0.009(h)|=4)q?.589(mg/g=-0218x36660.998偽二級模型y..—1K=01()2.03h一--圖4-744、圖8和表3數(shù)據(jù)參數(shù)顯示,與偽級動力學(xué)方程的擬合結(jié)果相比較,偽二民2級動力學(xué)方程曲線巧合具有更好的相關(guān)性,值為0.998的擬合數(shù)據(jù),因此,能更好二RG*偽級方程能更準(zhǔn)確的描述1對磯的吸附動力學(xué)特性。4.3.2.2巧粒內(nèi)擴(kuò)散模型擬合一RG*1上的吸附為進(jìn)步說明吸附機(jī)理,用顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型進(jìn)行擬合描述稱離子在過程;顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型:^'-'-)=K+C(43q,,j--i"2K..inn。式中,內(nèi)擴(kuò)散系數(shù)(mi)int為gg35 專業(yè)學(xué)化碩女論文赤飛暮顆化雙倘制的制奮&其對水中額碟的雙附巧究5.0I14?-5。.山.一-’。乂’―4-.0'A'-,3.5,/3-。:.0:2,/00501加150200250300350400450…,圖4-9吸附顆拉內(nèi)護(hù)散模型擬合--F.49Inraarcausnnsigtptildiffiokieticlotp-溫度下RG*表44不同l對礎(chǔ)的內(nèi)護(hù)散模型參數(shù)Tab-4nra-acaunneosroremovaunderrent化meuresle4Itprtildiffsiokiticpltofhoshusl山feprtpp2等溫模巧方程式KCr一?=22l&0050m)0.023x+..0232.21.961第階段(iny80=- ̄050250m.00如3.346004.3460.971第二階段(in)y0,3=—250m ̄..第;階段(in)OOOlx3928013.928.41y.0008.'--注:K/lm/2/(minl),C(m)。jggygg一-9和表4-4可知*由圖4,擬合曲線RGl不經(jīng)過原點,表明對憐的吸附非單顆粒*對磯的顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型分為H個不同的階段:,內(nèi)擴(kuò)散控制。RG1,即快速吸附階段* ̄RG在050min過程中,1對磯的吸附量隨時間的增加而迅速提高,取決于表層擴(kuò)散,**RG150?250m1即為稱在外表面的吸附過程;慢速吸附階段,發(fā)生在in內(nèi),RG對憐的吸附量隨時間的增加而增加,但增速相對減緩,可視吸附質(zhì)在吸附劑上達(dá)到單分子層飽*240m和,發(fā)生的顆粒內(nèi)擴(kuò)散in后,磯擴(kuò)散到RG1孔隙中緩慢進(jìn)行吸附的過程;吸附趨=2于平衡.,第階段擬合參數(shù)R值僅為0481,此階段為吸附與脫附的平衡動態(tài)過程,平衡后持續(xù)的振蕩會使物理吸附平衡遭到破壞,。,會有少量憐發(fā)生脫附因此擬合度不高36 專業(yè)舉位碩女論義赤飛墓顆化設(shè)附制的制備&其對水中氮雖的雙附研免4.4吸附機(jī)理探討4.4.1化M分析**4-?對反〇1赤泥基顆粒吸附劑表面及剖面進(jìn)行86的圖片分析10(2(:),民〇1,見圖顆粒表面有大量連通氣孔,顆粒內(nèi)部孔隙發(fā)達(dá),孔與孔之間呈S維的連通結(jié)構(gòu),便于溶液進(jìn)入顆粒,且氣孔表面粗構(gòu)化程度高,具有較大的比表面積,利于溶液充分與顆粒表面接觸,孔洞四周形成骨架結(jié)構(gòu),可將大孔劃分為若干個小孔形成孔室,提升了赤泥基顆粒強(qiáng)度的同時*,又大大提高了RG1的物理吸附性能。***a.RGl(X30),b.RGl剖面(X如0),c.RGl剖面(XIOOO)-*圖410RGl柱描電鏡困像*F-ig.410TheSEMofRGl4.4.2扣S分折吸附實驗中觀察到,,吸附反應(yīng)后吸附劑表面及水中有白色沉淀生成將白色沉淀?。崳姡矗?,用蒸溜水洗凈、烘干ED11EDX,對其進(jìn)行S能譜分化結(jié)果如圖,能譜分析可W看出,沉淀中含有大量的0、P、Na、A1、Ca、Fe成分,充分說明在吸附過程中發(fā)生3+2+3+了化學(xué)沉淀反應(yīng),沉淀物應(yīng)為金屬氧化物結(jié)合杰磯。赤泥中溶出的A1、Ca、Fe與磯的共沉淀反應(yīng)如下uei:2+(1)磯酸鹽離子與溶出的Ca反應(yīng)2+2--3Ca巧HPO+2OH一+2H-4Ca](P〇42〇(44))2i2+2-.3Ca+2HP〇+40H一a+4H-4C3(P〇4)2O(45)丄22+2-.5Ca+3HP〇+40H一CaOHP〇+3H4-6)45()(4)3l2〇(2+3-.Ca+2P〇+20H一-34CaP〇(47)3(4)2i3+(2)磯酸鹽離子與溶出的A1反應(yīng)37 專業(yè)単證碩古論文巧巧?■基顆化漢咐狗的制各及其對水中氯蝶的設(shè)拘研突3+n-3-xA+++n一+n-lzHnP〇4(yz)OHAlxOHP〇4)zizH2〇(48)()y(+3(3)磯酸鹽離子與溶出的Fe反應(yīng)3+n-3—xFe+zHP〇++nzOH一FeP〇+nH〇-n4(y)x(OH)4Uz2(49)y(反應(yīng)式也可看出,偏堿性條件有利于推動反應(yīng)進(jìn)行,這也證實了4丄2的結(jié)論;可*一見,,化學(xué)吸附在整個RG1吸附除憐的過程中也起到重要作用與等溫擬合結(jié)果致。T電子圖巧11—:居網(wǎng)2:々:e:叫Si里i?'?''?Iit1ITMM***TTi*>iIII1IIIIII■jII ̄ ̄■?051015^圖4-11吸附沉淀的EDS能譜分析圖'-Fi.411TheEDSofieciitatongppi4.4.3FTIR分析***RGl與RG4-12l可知,民Gl吸附憐后的紅外光譜分析圖如下圖,由圖吸附除憐后--,吸附劑上檢測出的0H基團(tuán)減弱、純化,0H基團(tuán)會與磯酸根進(jìn)行交換結(jié)合,將磯吸附在赤泥表面上-OH,導(dǎo)致基團(tuán)減少,其反應(yīng)式可表示如下;n-3+-一〔A1、Ca、Fe、Ti)(OH)+HP〇+(3n)H(A1、Ca、Fe、Ti)(OH)+HP0+2H03n442-(410)n-+3-一(A、Ca、FeTi)(OH+H++l、)3nP〇4(3n)H(Al、Ca、Fe、Ti)(OH)2+H2PO42H2O-(411)RG*一l對磯的吸附分S階段進(jìn)行的吸附機(jī)理,第階段發(fā)生化學(xué)沉淀作用使吸附快速進(jìn)行,化學(xué)沉淀接近飽和后開始進(jìn)行緩慢的、平衡時間較長的離子交換吸附和物理吸附,這也正解釋了4.3丄2模型擬合結(jié)果。38 專業(yè)學(xué)位項古論文赤泥墓W粒效附制的制各&其對水中m雖的雙附■研免船1吸附前,、I、…?’"’-‘/、A-'.-….V、、一\.、.:;>;V,,?。椋墸埽崳姡А崳姡埽?、;、賄?1吸附憐后又^'—4000350030002即0200015001000500*W^aveNumber/cm圖4-12吸附蠕前后的紅外光譜圖*F-1TFTIRofiiatnig.42hepecitiop4.5本章小結(jié)**(1)通過研究RGlH值RGl吸用量、初始p、初始模擬廢水濃度、吸附時間對*附去除磯效果的影響,結(jié)果表明,溶液pH值是影響RG1吸附磯性能的重要因素,在*H5 ̄7范圍內(nèi)RG*p值為1對磯表現(xiàn)出良好的吸附效果;RG1用量在6g/L,溶液初始pH°值為6,模巧磯溶液濃度為50g/L時,恒溫(27C)反應(yīng)240min后吸附基本達(dá)到平衡,429達(dá)平衡時吸附容量為.rng/g。*(2)通過對四種等溫線吸附模型擬合,結(jié)果得出溫度不是決定RGl對憐的吸附過*程的關(guān)鍵因素,RG1對稱的吸附介于單層吸附和多層吸附之間,Freundlkh等溫吸附模型具有明顯的擬合優(yōu)勢,吸附中表面異質(zhì)作用較明顯。偽二級動力學(xué)模型和顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型能較好的描述*RG1對磯的吸附動力學(xué)過程。*(3)采用SEM電鏡觀察,RG1孔隙發(fā)達(dá),孔表面粗趟,內(nèi)部形成骨架結(jié)構(gòu)EDS;3+2+3+CaFe能譜分析,結(jié)果表明赤泥中溶出的A1、、與磯發(fā)生了化學(xué)沉淀反應(yīng),沉淀物*紅外光譜分析圖-應(yīng)為金屬氧化物結(jié)合態(tài)磯,RG1OH基團(tuán)會與憐酸根進(jìn)行交換;表面結(jié)合,將磯吸附在赤泥表面上。**(4)在整個RG1吸附除磯過程中,RG1對稱的吸附在短時間內(nèi)迅速升離,此階段因化學(xué)沉淀為主要吸附機(jī)制,之后速率減緩,但吸附量仍保持長時間緩慢增長,這是由于化學(xué)沉淀接近飽和后開始進(jìn)行緩慢的、平衡時間較長的離子交換吸附和物理吸附。39 專業(yè)単位碩古論文赤銀暮顆粒漢附狗的伽奮次其好水中氮雖的漢樹?巧免第五章赤泥基顆秘吸附劑對水中気?的吸附性能研究。本章將對赤泥基顆粒對氨氮的吸附性能開展研究,探討其對氨氮吸附的可行性5.1ill態(tài)吸附實駐5.1.1不同曬巧巧投化**分別?。?、4、6、8、10、16/L的RG1于lOOmL具塞錐形瓶中,加入50mL濃度g°為50mg/L的模擬氨氮廢水,調(diào)節(jié)pH值為7左右,恒溫(27C)W振速lOOr/min水?。崳娬袷帲桑樱希恚椋?,取上清液W2.3.1(2)的測定方法,測定其吸光度。巧.1.2Ml初始巧巧pH用HC1和NaoH調(diào)節(jié)濃度為50mg/L的溶液pH值分至3、4、5、6、7、8、9、10,°移?。担埃恚踢M(jìn)行吸附實驗,赤泥基顆粒投加量為4g/L,恒溫(27C)振速lOOr/min震蕩80min2.3.1(2)的吸附1,如步驟,測定其吸光度。5.1.3初始巧度調(diào)市pH值為9左右,投加4g/L赤泥基願粒于盛有50ml初始濃度分別為lOmg/L、20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/L、60mg/L、SOmg/L、lOOmg/L的氨氮溶液中,水?。崳姟銣兀ǎ玻罚茫┱鹗幬剑保福埃恚椋睿纾玻常保牐ǎ玻┑牟襟E,測定其吸光度。5.1.4反應(yīng)時間°投加赤泥基顆粒4g/L于含50mL濃度為50mg/L的模擬氨氮廢水中,在恒溫(27C)、OO一振速lr/min的條件下進(jìn)行水裕振蕩定時間(10、20、30、60、90、120、180、240、300、%0min),如2.3.1(2)的步驟,測定其吸光度。40 專業(yè)學(xué)化碩古論文赤與蟲顆犧■效腳制的制各&其對水中戴雖的沒附研兜5.2結(jié)果與討論5.2.1最佳吸附巧投加量的確定**民G15-1民G1不同投加量對氨氮的吸附效果影響如圖所示,對氨氮的去除率隨投*加量的增加先迅速提高/1,投加量增加到4gL時增幅變小,而民G對氨氮的吸附量先略微升高后快速降低,4g/L時達(dá)最高吸附容量化719mg/g,經(jīng)綜合考慮后期應(yīng)用成本等因素,選取吸附性能最高的點,故投加量4g/L作為后期實驗研究的投加量條件。f:JrJ/■.Removalefficiency02-2?■■.■I.I.IItI024681012141618*-D/ose(gL)*5-圖1RGl投加量對氨氣的吸阿+效果影響-*F.51EctofRG1osaeonmmonaniroenadsoronigffedgaitgpti5.2.2初始pH對魚巧吸附效果的影響*H5-2所示H民Gl值與氨氮吸附效果的關(guān)系曲線如圖,對氨氮的吸p,隨著p值增大*-附容量逐漸增大,在較寬的pH值范圍(710)內(nèi)RG1對氨氮的吸附均在較高水平,當(dāng)912.0時,吸附容量達(dá)到最大值.8m/,此,隨押值為,為0gg后著溶液腳值升高吸附容量有所下降*H值較低,表明在堿性條件更利于RG1對氨氮的吸附。這主要是由于p++時,NH在吸附位點與同帶正電性的H存在競爭吸附,4影響氨氮的吸附效果,但仍有++部分NH4與Na存在離子交換;隨著pH值的升高,赤泥中Fe、Ti等金屬W哲基負(fù)離子*++*的形式存在,,民G1表面電負(fù)性明顯增大,同時H的減少提高了NH4對民G1表面吸附位點的競爭力;而pH值的持續(xù)升高導(dǎo)致吸附效果下降主要是因為Of的增加,OIT+w'U’+,HtW與NH4反應(yīng)生成電中性的NH3〇,導(dǎo)致能夠被赤泥吸附的NH4的減少2,從 ̄而吸附能力有所下降,因此最佳的pH值范圍為89左右。41 ?;瘜W(xué)位碩女論文赤呢墓顧檻雙的?制的制各&其對水中敦雖的漢倘研究-.14-1.2>-1.0I0-一-8寺0:I.SXI^I0-I.4-0.2—I—Ii——?_0IIIIIIIIi.0234567891011pH固5-2不同初始H對氨致吸附的影響p-Fi52EecerennHonreng.ftofdiftiitialpfammoniaitoadsorptiong5.2.3落液初始濃度對気巧吸附巧果的彩響*RG-1對氨氮的吸附容量隨溶液初始濃度的變化曲線如圖53所示,初始氨氮濃度由*lOm/L增至50m/L時RG1gg,對氨氮的吸附容量隨氨氮溶液初始濃度的增速曲線斜率較陸,到達(dá)50mg/L后吸附增速曲線斜率變小,但吸附容量仍保持緩慢走高。這是由于初始濃度為克服液相*和固相么間的傳質(zhì)阻力提供了主要推動力,提高了RG1吸附位點的有效利用*tW,因此氨氮初始濃度的升高有利于RG1對氨氮的吸附。反應(yīng)初始濃度從50m一g/L升到lOOm/L時反應(yīng)濃度提高了倍0.837m/g,單位吸附容量僅從gg提高到157.0mg/g,因此最適宜的反應(yīng)初始濃度為50mg/L。-1.4-1.2>1-.0^I■—08-5.ySX06-I./i0^,4/羣。2:0S010203040O6070的9010011C丄Im)?(g圖5-3氯氮不同初始濃度對吸附性能的影響-F.i53Efectofdiferentnoncenraonsfammonariogiitialcttioini化ogenadsoptn42 專業(yè)■學(xué)化碩dr論文貴巧基顆粒漢附対的制各及其對水中氣與的漢地研巧5.2.4反應(yīng)時間對氨氛吸附效果的影響赤泥基顆粒對模擬廢水中氨氮的吸附效果隨時間的變化關(guān)系如圖5-4,隨著吸附時間的增加,吸附速率先快速增加后逐漸變緩,反應(yīng)時間在180min達(dá)到平衡,平衡吸附容量為0.825m/gg,平衡后吸附容量出現(xiàn)波動變化,吸附過程可能存在有物理吸附,反應(yīng)平衡后繼續(xù)震蕩發(fā)生解析現(xiàn)象導(dǎo)致。1.2I-10.■—/V工—■*--0I.8?I。6-。.1.4/.__. ̄. ̄. ̄—.—0I11_I1___?11I.00班巧3035040010002002500t/min圖5-4不同反應(yīng)時間對氨氮巧附的影響-Fi.54Efectsioeararongofreactntimeon化mmonianitogendsopti5.2.5討論將赤泥基願粒對氨氮的吸附與其他吸附材料用于對氨氮的吸附效果進(jìn)行對比分析,5-1結(jié)果如下表所示:表5-1不同巧附劑對氣氣的最大吸附量對比Tae5-bl1Compariso打ofadsorptioncapacitiesofvariousadsorbentforammonianitrogen-i吸附劑吸附容量m./(gg)文獻(xiàn)RG*赤泥基顆粒(l)0.825Presentwork凹凸棒0.2496別[活性炭0.341[6刊粉煤灰0.678[6列改性沸石0.84070[]451赤泥粉末1.37[]煤巧石沸石272[]^43 專化単位碩古論文赤顆化漢附制巧制去及其對水中盈巧巧設(shè)附巧巧本實驗利用赤泥燒制造粒吸附氨氮效果均優(yōu)粉煤灰、活性炭和凹凸棒等吸附材料,原因可能是由于赤泥成分中含有Fe、Ca、A1、Mg等金屬物質(zhì),且為堿化對氨氮具有較高的吸附能為,而且燒制成粒的赤泥基顆粒有豐富的表面結(jié)構(gòu),形,發(fā)達(dá)的內(nèi)部孔隙成了H維的立體空間結(jié)構(gòu),提高了氨氮的物理吸附性能。粉末狀赤泥對氨氮的吸附量略商于將赤泥燒制成粒,因為粉末狀赤泥投加于廢水中更有益于吸附劑與吸附質(zhì)相接觸,但是粉末狀赤泥應(yīng)用于廢水的研究卻不易于吸附劑的回收和再利用,產(chǎn)生的廢水也難1^_處理,限制其推廣應(yīng)用,而赤泥基顆粒是具備有吸附氨氮性能的可慮材料。沸石因其架狀結(jié)構(gòu)和孔道豐富等特性應(yīng)用于廢水中氨氮的吸附已有了廣泛的研究,本實驗利用赤泥造粒應(yīng)用于氨氮廢水的處理效果已初現(xiàn),若繼續(xù)對其研究和開發(fā),研制出性能更穩(wěn)定,孔隙更發(fā)達(dá),,吸附效能更髙的顆粒濾料,將對赤泥的資源化利用提供新的方向?qū)U水的治理有重要的意文。5.3本章小結(jié)本章將赤泥基顆粒材料吸附劑應(yīng)用于實驗室配置模擬氨氮廢水的處理,通過靜態(tài)吸附實驗,研巧了赤泥基顆粒投加量、溶液初始妍、溶液初始濃度和吸附時間對吸附效果的影響,并且對比分析其應(yīng)用于廢水中吸附氨氮的可行性,結(jié)果如下:’*(1)RG1用量在4g/L,溶液初始陽值為9,模擬磯溶液濃度為50mg/L時,恒溫(27C)吸附反應(yīng)*,民G1對模擬廢水中氨氮的吸附在180min達(dá)到平衡,平衡吸附容量為0.825mg/g。(2)利用赤泥燒制造粒吸附氨氮效果均優(yōu)粉煤灰、活性炭和凹凸椿等吸附材料,本實驗利用赤泥造粒應(yīng)用于氨氮廢水的處理效果己初現(xiàn),后續(xù)開發(fā)有望研制出性能更穩(wěn)定,孔隙更發(fā)達(dá),吸附效能更高的顆粒濾料。44 專業(yè)學(xué)位碩古論文赤銀基顆粒雙閒?前巧制備或其對水中教雜的沒附巧免第六章結(jié)論與展望11結(jié)論,本研究采用廣西某鉛廠拜耳法赤泥為基本原料,接W廢玻璃粉等輔料應(yīng)用燒結(jié)法*通過化化燒制工藝制備新型赤泥基顆粒吸附劑RG1,并考察其對氮、碟的吸附性能。獲得結(jié)論如下:*工(1)通過正交實驗和單因素實驗,確定最佳的赤泥基顆粒吸附劑(艮G1)制備藝條件為配方選取RG1,即赤泥滲量為80%,廢玻璃粉滲量為10%,高嶺±5%和碳粉2'i5%600m’,燒結(jié)濕度為87(TC,保溫lOmin。所制備的吸附劑比表面積為.g,吸水率3酸性為79.41%14.83%1.33/cm顯氣孔率20.06%.86%,耐堿性為%,為,體積密度為g,,耐抗粉化率為99.33%。此條件下的赤泥基顆粒(投加量為4g/L、pH值為5,溶液初始濃°度為50mg/L,恒溫27C吸附180min)對憐的吸附能力為4.82mg/g。(2)通過XRD分析,燒制后的赤泥基顆粒有新金屬相物質(zhì)和玻璃相、石英等架狀結(jié)構(gòu)珪酸鹽類物質(zhì)生成,;SEM掃描圖片分析,赤泥基顆粒吸附劑表面氣孔結(jié)構(gòu)豐富RG***RG*1赤泥基顆粒連通氣孔為主,RG2和RG3赤泥基顆粒則W閉氣孔為主。1的RG*%存在S--FTIR表1,i0Si征發(fā)現(xiàn),燒結(jié)后的赤泥基顆粒表面生成大量的哲基基團(tuán)鍵,,因此吸附劑能通過此類化學(xué)鍵與吸附質(zhì)發(fā)生結(jié)合提高吸附能力。* ̄RG*(3)RG1對氨氮的吸附研究表明(89)更利于1對氨氮的吸附。,堿性條件°*CRG1投加量在4/L初始腳值為9,模擬磯溶液濃度為50mg/L時,恒溫(27)g,溶液*吸附反應(yīng)80min法到平衡,平衡吸附容量為,RG1對模擬廢水中氨氯的吸附在10/。.825mgg*艮G*(4)RG1對水中憐的吸附性能研究,結(jié)果表明,溶液pH是影響1吸附磯性能* ̄*對磯表現(xiàn)出良好的吸附效果的重要因素,在較寬pH值范圍(57)反G1;RG1用量在°6/L650/L,恒溫(27C)吸附反應(yīng),240ming,溶液初始班值為,模擬磯溶液濃度為g時后吸*對磯的吸附等濕擬合符合附基本達(dá)到平衡,達(dá)平衡時吸附容量為4.29mg/g。RG1Freundlich二。等溫吸附模型,吸附動力學(xué)過程符合偽級動力學(xué)模型和顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型*通過SEM電鏡觀察,,RG1孔隙發(fā)達(dá),孔表面粗趟,內(nèi)部形成骨架結(jié)構(gòu);EDS能譜分析3+2+3+結(jié)果表明赤泥中溶出的A1、Ca、Fe與磯發(fā)生了化學(xué)沉淀反應(yīng);FTIR結(jié)果顯示,45 ?專業(yè)學(xué)位巧■Jrife?義赤巧基顆化漢謝軸的制去A其對水中盈媒的雙附巧巧*RG1表面-0H基團(tuán)會與憐酸根進(jìn)行交換結(jié)合。么2展望本研巧主要利用廣西拜耳法赤泥慘W廢玻璃粉等輔料研制赤泥基穎粒吸附劑,并將其應(yīng)用于氮憐廢水的吸附研究一,由于水平和時間有限,該研究還有待進(jìn)步探討完善,建議今后可從W下幾點開展后續(xù)研究:(1)由于時間和條件所限,本次未能對吸附劑應(yīng)用的環(huán)境安全性進(jìn)行研究,建議下階段進(jìn)行補(bǔ)償完善。一*(2)開展動態(tài)吸附實驗,構(gòu)建吸附枉,進(jìn)步研究RG1對氮、磯的動態(tài)吸附過程,探討不同內(nèi)徑寬度、流速、外部壓力等因素對其吸附性能的影響。(3)除氮、磯外,實際廢水中的汚染物成分更為復(fù)雜,后續(xù)實驗可考慮取實際廢水水樣進(jìn)行實驗,評價赤泥基顆粒對實際廢水的處理效果。(4)考慮將赤泥基顆粒應(yīng)用于其他類型的廢水進(jìn)行吸附實驗研究,拓寬其應(yīng)用途徑。46 專業(yè)単位碩女論文親據(jù)基顧檻雙制御巧制各及其對水中敦雖的漢附巧歡參考文獻(xiàn)1王重慶,王呼等J.[]符劍剛.赤泥中稀有金屬分布及回收王藝研究現(xiàn)狀稀有金屬,,[]20-1343125與硬質(zhì)合金..1:1()1-2李小偉朱鐵群代偉娜.赤泥的回收利用技術(shù)化廣東化工.201020:114[].37,,()116.李衛(wèi)東劉艷改.工業(yè)廢渣赤泥的特性及回收利用現(xiàn)狀化珪酸鹽通化2007阿曹埃,,,-2611414.:35()-4姚萬軍方冰.J20104212:911..無機(jī)鹽工業(yè)[],拜耳法赤泥綜合利用研究現(xiàn)狀[],,()5.梁振飛.[],王立群陳世寶等納米化和酸洗對赤泥吸附Cd2+動力學(xué)的影響[J]安全,,20131314-49.與環(huán)境學(xué)報:3,,()[6]BhatnagarA,VilarVJP,Bote化0CMS,et址Areviewof化euseofredmudasadsorbentfor也eremovaloftoxicpollutantsfromwaterandwastewater口.Environ]Technol20-11扣:以1249.,,3()7任紹娟王艷秋2+的.環(huán)境工程2008.利[],用造粒赤泥吸附水中Cd研究陰,,2620-73;7.()[8]VinodKGupta,MonikaGupta,SaurabhShanna.Processdevelopmentfortheremovalofleadandchrommfromautredmud-naluminiumindustriuqeoussoluionsusingay-wasteJ.WaterRe化arch.2001355:1134.[],1125()陰NADAROGLUH’KALKANE,DEMI艮N.Removalofcopperfromaqueoussol地on-redmudJ.Desalination.200614220074217.usin:14g,[]()[10]Trepanier.C.,Parent.S.,ComeauY.,etal.PhosphorusbudgetasawaterqualitymanaementtoolforclosedauaticmesocosmsJ.WaterResearch2002364gq[],(),007-11710.-i2512.夏宏生..2006311:18y],向欣廢水除磯技術(shù)及進(jìn)展分析J[]環(huán)境科學(xué)與管理,,()12鄭煥春.微生物中富營養(yǎng)化水體生物修復(fù)中的作用[J.[],周青]中國生悉農(nóng)業(yè)學(xué)報,200917-1:197202.,()。SherwoodL.J.ualls艮.G.StaWlitofPhoshoruswithi打aWetlandSoilfbllowin[],Q,ypgldFerricChorideTreatmentToControlEutrophicationJ.EnvironmentScie打cean[]-Technolo.2001354124131:6.gy,,14akric.C.HarrisW..A.tsorusationin[M.G0ConnorGeal.Phoimmobiliz],,,ph-t-licaionsforlontttmicroporesofdrinkingwatertreatmentresiduals:Impg;emisabiliyJ.[]-EnvironmentScienceandTechnolo.2004386590gy:6596.,[15]GrubbD.G.,GuimaraesM.S.,Valencia民.Phosphateimmobilizatio打usinganacidic--teFflshJournalof.2032236.yahazardousmaterials0076:17yp[叮,口)1.6史麗楽兆坤等.[],彭先佳活化赤泥去除豬場廢水生化處理出水中的鱗和重金屬[巧,環(huán)境科學(xué)學(xué)報200929182-22881:22.,,()[17]LuJB,LiuDF,HaoJ.,別al.Phosphateremovalfromaqueoussolutio打Sbya-F-Ttit&nanostructuredeibimealoxdesorbenJ.Chemicalenineerinresearch[]ggde-si.201593652661gn,:.K-18urokiVBoscoGEFadiniPSetal.eofmodifiedbentonkeforeffectaLaIIIive[],,,Us)(hosateremovalfromaJhril.2014274:pueousmedia.Journalofazardousmateasphq[],47 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