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蒙脱土的改性及其对水中重金属污染的去除研究

作　者: 刘海飞
导　师: 刘菲
学　校: 中国地质大学（北京）
专　业: 地下水科学与工程
关键词: 重金属渗透反应格栅蒙脱土铁(氢)氧化物插层去除
分类号: X52
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着全球经济和社会的迅猛发展,水体重金属污染问题不断加剧,已严重危害到生态环境和人类的生命健康。水中重金属污染的去除已经成为国内外环保工作者研究的热点。处理材料的开发、材料的去除效果评价和应用等是研究的重点。本文以作为新型矿物材料之一的蒙脱土为研究对象,对其进行一系列改性,并将改性产品应用于自配重金属污水的处理中,同时对影响蒙脱土去除效果的因素进行了探讨;通过矿物分析等手段探明了改性蒙脱土物化性能的变化;将其作为反应介质应用于注入式PRB（permeable reactive barriers）中,初步探讨了蒙脱土改性机理以及吸附去除机理。得到以下主要研究成果:（1）改性方法分别为热活化、酸活化和正反向滴加的铁（氢）氧化物插层改性。实验表明适当的热活化处理可提高蒙脱土的吸附效果;随着酸浓度的增加,蒙脱土物化性能的变化及去除能力逐渐增大;铁（氢）氧化物改性后的蒙脱土去除效果变化较大,尤其是对以络阴离子形式存在的As（VI）和Cr（III）的去除效果显著增加。本实验条件下蒙脱土的最佳改性工艺:110℃热活化,0.5 mol·L^-1 H₂SO₄活化,正向滴加改性。（2）利用改性蒙脱土为去除剂,对自配污水中的有毒重金属阴、阳离子进行了去除研究,对比分析各种改性产物的去除效果。热活化后的蒙脱土对金属阳离子Pb、Cd和Ni总的去除率由32.4%增大到33.5%,酸活化去除率增大到41.8%,铁（氢）氧化物正向滴加改性后的蒙脱土（NMT）对络阴离子As（III）和Cr（VI）的去除率由2.1%增大到22.9%,增大了20个百分点。（3）改性后的蒙脱土组成、结构和性能都有所变化。XRD结果显示,反向滴加改性后（IMT）,铁（氢）氧化物以聚合羟基铁的形式包被在蒙脱土表面,层间距由1.229nm增大到1.263 nm;正向滴加改性后（NMT）,铁（氢）氧化物以α-FeOOH的形式插层在蒙脱土层间,层间距由1.229 nm增大到1.336nm,。XRF结果显示,酸化处理蒙脱土时,溶出的离子和它们在蒙脱土中的位置有关,IMT和NMT中Fe含量变化较大,约增加20%。TG-DTA结果显示,IMT和NMT的热稳定性增强。BET结果显示,各种方法改性后的蒙脱土比表面积有不同程度的增大,IMT和NMT的比表面积增加2倍多。（4）对影响改性蒙脱土去除效果的因素进行了研究,结果表明蒙脱土的去除能力受pH、接触时间、固液比等条件的影响。吸附试验的固液比不宜大于1:100,NMT对As （III）和Cr（VI）的吸附平衡时间为6.0 h,As（III）的吸附量为0.168 mg·g^-1,Cr（VI）的吸附量为0.433 mg·g^-1。吸附过程可能发生两种反应,前期快速的离子交换和表面吸附以及后期缓慢的化学吸附。pH值是影响蒙脱土吸附的重要因素,As（III）具有最大吸附量时溶液的pH值为6.99,Cr（VI）的最佳吸附pH值为7.84。（5）将NMT应用于PRB的反应介质去除重金属离子。结果表明去除效果显著,正常条件下对As（III）的去除率大于90%。从去除效果上看,蒙脱土作为PRB的反应介质具有一定的可行性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-27
  1.1 水体重金属污染及处理方法  11-18
    1.1.1 水体重金属污染现状  11-12
    1.1.2 水体重金属污染的来源和特点  12-16
    1.1.3 水体重金属污染治理技术及研究现状  16-18
  1.2 蒙脱土及在重金属污染废水中的应用  18-24
    1.2.1 蒙脱土的结构特征及基本性能  18-20
    1.2.2 蒙脱土的改性方法及研究现状  20-22
    1.2.3 蒙脱土在重金属污染治理中的应用  22-24
  1.3 本课题的研究目的、内容及技术路线  24-27
    1.3.1 研究目的及意义  24
    1.3.2 研究内容  24-25
    1.3.3 技术路线  25-27
第2章蒙脱土的改性实验及对重金属离子的吸附性能研究  27-53
  2.1 引言  27-28
  2.2 材料与方法  28-34
    2.2.1 实验材料与性质  28-29
    2.2.2 实验方法  29-34
  2.3 结果与讨论  34-51
    2.3.1 热活化吸附效果  34-36
    2.3.2 酸活化去除效果  36-37
    2.3.3 铁（氢）氧化物改性蒙脱土去除效果  37-38
    2.3.4 反应条件的影响  38-43
    2.3.5 矿物学分析  43-50
    2.3.6 改性机理探讨  50-51
  2.4 本章结论  51-53
第3章改性蒙脱土作为PRB 介质的实验研究  53-70
  3.1 引言  53-54
  3.2 材料与方法  54-59
    3.2.1 试验材料  54-58
    3.2.2 试验方法  58-59
  3.3 结果与讨论  59-69
    3.3.1 污染物沿程变化规律  60-63
    3.3.2 PRB 运行期间As(III)浓度变化  63-65
    3.3.3 出水水质  65-67
    3.3.4 蒙脱土的迁移沉降规律  67-68
    3.3.5 吸附机理探讨  68-69
  3.4 本章结论  69-70
第4章结论与建议  70-72
  4.1 结论  70-71
  4.2 创新点  71
  4.3 建议与展望  71-72
参考文献  72-79
致谢  79-80
附录  80

蒙脱土的改性及其对水中重金属污染的去除研究

内容摘要

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