【摘要】：鉈是一種毒害重金屬元素,在我國和許多歐美國家都是優(yōu)先防控的重金屬污染物之一。近年來,我國突發(fā)性鉈污染事件時有發(fā)生,水體鉈污染形勢嚴峻,尋求一種高效、快速、安全的廢水除鉈技術(shù)有著現(xiàn)實意義。基于吸附技術(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、制備簡單、對環(huán)境無污染的吸附材料是該領(lǐng)域的研究熱點。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�；诖�,本研究針對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)機理。首先,研究了Fe-Mn二元氧化物深度除鉈的效能與機理。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)時間、溶液初始pH、離子強度與共存絡(luò)合物等影響因素對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,吸附劑對鉈的去除速率隨投加量的增加而增大,當吸附劑投加量為0.50 g/L,對鉈的吸附量為19.90 mg/g,去除率達99.49%。溶液初始pH大于5時,隨著溶液pH的升高,吸附劑對鉈的去除率幾乎不變。隨著離子強度和絡(luò)合物濃度增大,吸附劑對鉈的吸附效果有輕微的影響。Fe-Mn二元氧化物對鉈的吸附動力學(xué)過程可以用準二級動力學(xué)方程很好地描述。等溫吸附適用Langmuir模型。溫度為298 K時,Fe-Mn二元氧化物對鉈的最大飽和吸附量達到197.63 mg/g。通過對熱力學(xué)參數(shù)的分析驗證了Fe-Mn二元氧化物對鉈的吸附過程是自發(fā)的吸熱過程。通過SEM-EDS、XRD、FT-IR、XPS等表征手段對吸附材料進行表征,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對鉈的可逆吸附-脫附特性與機理,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的飽和磁化強度為54.70 emu/g,通過外加磁場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)進行,而不存在明顯的吸附劑損失,表明納米Fe_3O_4對鉈的可逆吸附-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。實驗表明,在其他條件相同情況下,鉈初始濃度為300 mg/L時,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293.66 mg/g。水熱法制備的吸附劑對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(振動樣品磁強計)、SEM-EDS、TEM和BET等表征方法對MnO_2@磁鐵礦渣進行分析,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度為15.40 emu/g,能實現(xiàn)溫和與有效的磁分離�；頜nO_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@磁鐵礦渣對鉈的吸附性能隨pH的升高而增強,離子強度和有機配合物等對鉈的去除影響不大。吸附過程符合準二級動力學(xué),等溫吸附適用Langmuir模型描述。用1 mol/L的HCl對吸附后的材料進行洗脫,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-脫附再生重利用實驗,吸附劑的吸附能力沒有明顯減弱。
【圖文】：

圖 1-1 我國鉈污染現(xiàn)狀Fig. 1-1. Thallium pollution in China鉈以其高毒性、強蓄積性在國際學(xué)術(shù)界越來越受到重視，經(jīng)濟的發(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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X703;TQ424

【參考文獻】

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本文編號：2677245