發(fā)布時(shí)間：2020-05-23 05:59

【摘要】：鉈是一種毒害重金屬元素,在我國(guó)和許多歐美國(guó)家都是優(yōu)先防控的重金屬污染物之一。近年來,我國(guó)突發(fā)性鉈污染事件時(shí)有發(fā)生,水體鉈污染形勢(shì)嚴(yán)峻,尋求一種高效、快速、安全的廢水除鉈技術(shù)有著現(xiàn)實(shí)意義�；�于吸附技術(shù)的高效性和易操作性,研究和開發(fā)具有吸附量大、吸附速率快、對(duì)重金屬離子具有選擇性吸附、易分離、重復(fù)利用率高、制備簡(jiǎn)單、對(duì)環(huán)境無污染的吸附材料是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。鐵錳基金屬氧化物具有良好的孔隙結(jié)構(gòu)和較大的比表面積,是優(yōu)良的重金屬吸附劑,具有較好的除鉈效能與潛力�；�于此,本研究針對(duì)鐵錳氧化物通過不同的改性方法制備出高效的除鉈吸附劑,探究鐵錳基吸附劑去除廢水中鉈的影響因素、效能優(yōu)化及界面反應(yīng)機(jī)理。首先,研究了Fe-Mn二元氧化物深度除鉈的效能與機(jī)理。采用氧化還原沉淀法合成Fe-Mn二元氧化物吸附劑,研究討論了吸附劑投加量、反應(yīng)時(shí)間、溶液初始pH、離子強(qiáng)度與共存絡(luò)合物等影響因素對(duì)Fe-Mn二元氧化物吸附鉈性能的影響。結(jié)果表明,在初始鉈濃度為10 mg/L、溶液初始pH=10時(shí),吸附劑對(duì)鉈的去除速率隨投加量的增加而增大,當(dāng)吸附劑投加量為0.50 g/L,對(duì)鉈的吸附量為19.90 mg/g,去除率達(dá)99.49%。溶液初始pH大于5時(shí),隨著溶液pH的升高,吸附劑對(duì)鉈的去除率幾乎不變。隨著離子強(qiáng)度和絡(luò)合物濃度增大,吸附劑對(duì)鉈的吸附效果有輕微的影響。Fe-Mn二元氧化物對(duì)鉈的吸附動(dòng)力學(xué)過程可以用準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程很好地描述。等溫吸附適用Langmuir模型。溫度為298 K時(shí),Fe-Mn二元氧化物對(duì)鉈的最大飽和吸附量達(dá)到197.63 mg/g。通過對(duì)熱力學(xué)參數(shù)的分析驗(yàn)證了Fe-Mn二元氧化物對(duì)鉈的吸附過程是自發(fā)的吸熱過程。通過SEM-EDS、XRD、FT-IR、XPS等表征手段對(duì)吸附材料進(jìn)行表征,分析表明,Fe-Mn二元氧化物在吸附鉈的過程中存在著物理吸附與化學(xué)氧化作用的過程。其次研究了納米四氧化三鐵(Fe_3O_4)除鉈的效能、機(jī)理與再生規(guī)律。通過水熱沉淀法制備了納米Fe_3O_4,考察了Fe_3O_4對(duì)鉈的可逆吸附-脫附特性與機(jī)理,探究基于納米Fe_3O_4的鉈去除與回收的技術(shù)原理。研究表明,在pH大于11.0的堿性條件下,吸附劑能快速有效地去除Tl,而在pH值低于3.0的酸性條件下,鉈又能從吸附劑中快速有效地洗脫出來。Fe_3O_4的飽和磁化強(qiáng)度為54.70 emu/g,通過外加磁場(chǎng)作用使吸附劑在溶液中獲得快速有效地分離。吸附后的吸附劑分別進(jìn)行10、12.5和25倍的脫附濃縮后,洗脫液中Tl濃度分別為90.01、112.60和202.40mg/L。納米Fe_3O_4顆粒獨(dú)特的吸附-脫附特性,使得Tl的去除和回收可以穩(wěn)定、高效地重復(fù)進(jìn)行,而不存在明顯的吸附劑損失,表明納米Fe_3O_4對(duì)鉈的可逆吸附-脫附工藝是一種很有應(yīng)用前景的技術(shù)。二氧化錳對(duì)重金屬具有優(yōu)越的吸附性能,但其粒徑較小,導(dǎo)致固液分離困難。為了解決二氧化錳不易實(shí)現(xiàn)固液分離的問題,構(gòu)建了以磁鐵礦渣(主要成分Fe_3O_4)為核心,表面包覆MnO_2涂層形成分層的核-殼結(jié)構(gòu)的吸附劑(MnO_2@磁鐵礦渣),用于去除和回收廢水中的鉈。實(shí)驗(yàn)表明,在其他條件相同情況下,鉈初始濃度為300 mg/L時(shí),常溫法制備的吸附劑平衡吸附容量為55.25 mg/g,水熱制備的吸附劑平衡吸附容量達(dá)293.66 mg/g。水熱法制備的吸附劑對(duì)鉈的吸附性能明顯優(yōu)于常溫法制備的吸附劑。采用XRD、FT-IR、XPS、VSM(振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì))、SEM-EDS、TEM和BET等表征方法對(duì)MnO_2@磁鐵礦渣進(jìn)行分析,結(jié)果表明,吸附劑是由無定型薄納米片狀結(jié)構(gòu)的MnO_2圍繞內(nèi)部核心(磁鐵礦渣)組成花狀結(jié)構(gòu)的多層介孔材料。MnO_2@磁鐵礦渣的飽和磁化強(qiáng)度為15.40 emu/g,能實(shí)現(xiàn)溫和與有效的磁分離。花狀MnO_2@磁鐵礦渣復(fù)合材料吸附鉈的過程主要包括物理吸附、氧化和表面絡(luò)合作用。MnO_2@磁鐵礦渣對(duì)鉈的吸附性能隨pH的升高而增強(qiáng),離子強(qiáng)度和有機(jī)配合物等對(duì)鉈的去除影響不大。吸附過程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué),等溫吸附適用Langmuir模型描述。用1 mol/L的HCl對(duì)吸附后的材料進(jìn)行洗脫,在5min內(nèi)能有效地將鉈從吸附劑中洗脫出來,重復(fù)5次的吸附-脫附再生重利用實(shí)驗(yàn),吸附劑的吸附能力沒有明顯減弱。
【圖文】：

圖 1-1 我國(guó)鉈污染現(xiàn)狀Fig. 1-1. Thallium pollution in China鉈以其高毒性、強(qiáng)蓄積性在國(guó)際學(xué)術(shù)界越來越受到重視，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展促使了產(chǎn)資源的開發(fā)力度不斷加大，，包括含鉈在內(nèi)的重金屬在礦產(chǎn)開發(fā)利用過程中，

圖 3-4 Fe-Mn 二元氧化物吸附前后的 SEM 圖像：(a) (b)吸附前; (c) (d) 吸附后Fig. 3-4 SEM images for adsorbent before and after adsorption: (a) (b) before adsorption; (c)(d) after adsorption.表 3-1Fe-Mn 二元氧化物吸附前后的 EDS
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X703;TQ424

【參考文獻(xiàn)】

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