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MnO_2/Fe_3O_4复合吸附剂的制备及吸附水中铅、铜的研究

作　者: 何皎洁
导　师: 赵志伟
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 市政工程
关键词: MnO2/Fe3O4复合吸附剂重金属离子铅离子铜离子吸附
分类号: TU991.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

水体中的重金属污染会给环境和公共健康带来很大威胁,其中铅、铜离子是受到环境学者广泛关注的有毒重金属。铅离子通过电池制造业、军工业、制陶业等的废水排放进自然环境中。因为它本身稳定,不易被自然降解,在环境中易累积于生物体中,由此导致对生物链顶端人类的严重威胁。铅离子的毒性在于会威胁人体神经系统、再生系统、肾脏、肝脏和大脑的健康。铜离子同样是广泛应用于工业生产中的重金属之一,譬如电镀、金属加工、化肥生产、染料工业等。这些工业的兴起使得铜离子在环境中出现了累积,一旦它超过了自然界的容忍限度,就会引起严重的环境和公共健康问题。由于重金属的危害性日益受到重视,越来越多的重金属处理方法也应运而生,其中吸附法因其出色的重金属去除效率,和经济实用操作简便等优点受到了业内广泛的关注。本实验制备以MnO₂为吸附表面的新型铁锰复合吸附剂并且用它去除水体中重金属铅、铜。通过检测BET吸附表面积可以看出本吸附剂是一种良好的吸附材料;结合SEM扫描图和XRD分析可以证明MnO₂/Fe₃O₄复合吸附剂中的MnO₂为非晶态,Fe₃O₄为晶体结构。实验分析时间、pH、金属离子浓度等参数对吸附的影响,寻找最佳吸附环境。从25℃Langmuir等温吸附曲线可以计算出MnO₂/Fe₃O₄复合吸附剂对铅和铜离子的饱和吸附量（Q0=118.06mg/L和43.84mg/L）。复合吸附剂对铅、铜离子的去除总量与pH（1-6）、温度（30℃-50℃）成正比关系。通过对吸附动力学的研究,得到吸附平衡时间及吸附动力学的假一级和假二级拟合参数,发现本实验吸附更符合假二级动力学模型。通过不同温度吸附等温线进行吸附热力学研究,得到相关热力学参数证明其为吸热反应并且吸附作用以化学吸附为主。对吸附剂的吸附机理进行探讨,从Zeta电位和红外分析可以看出,吸附剂的吸附机理是重金属在二氧化锰吸附位点上的离子交换作用的结果。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章绪论  9-23
  1.1 水体中铅、铜污染及其现状  9
  1.2 水体中铅、铜的去除方法  9-21
    1.2.1 化学沉淀法  10-12
    1.2.2 离子交换法  12-13
    1.2.3 膜过滤法  13-16
    1.2.4 混凝絮凝法  16
    1.2.5 气浮法  16-17
    1.2.6 电化学法  17-18
    1.2.7 吸附法  18-21
  1.3 研究目的和意义  21-22
  1.4 研究内容  22-23
第2章实验材料和方法  23-29
  2.1 实验设备及材料  23-24
    2.1.1 实验设备  23
    2.1.2 实验材料  23-24
  2.2 重金属的分析方法  24
    2.2.1 铅离子浓度的测定  24
    2.2.2 铜离子浓度的测定  24
  2.3 Mn0_2/Fe_30_4 复合吸附剂表征方法  24-25
    2.3.1 比表面积和孔径分析  24-25
    2.3.2 扫描电镜分析及检测  25
    2.3.3 X射线衍射仪衍射分析  25
  2.4 吸附剂吸附机理分析方法  25
    2.4.1 表面电位等电点分析  25
    2.4.2 红外光谱分析  25
  2.5 吸附实验方法  25-29
    2.5.1 单因素吸附实验方案  25-26
    2.5.2 pH和离子强度影响因素实验  26-27
    2.5.3 吸附等温线实验  27
    2.5.4 吸附动力学实验  27-28
    2.5.5 温度影响及热力学实验  28
    2.5.6 竞争吸附实验  28-29
第3章 Mn0_2/Fe_30_4复合吸附剂制备、表征  29-38
  3.1 新型铁锰复合吸附剂的制备  29-30
  3.2 吸附剂的表征  30-36
    3.2.1 吸附剂的表观性状  30
    3.2.2 吸附剂比表面积和孔径分析  30-32
    3.2.3 扫描电镜对吸附剂结构及组成分析  32-33
    3.2.4 X射线衍射对吸附剂组成及晶型分析  33-35
    3.2.5 吸附的Zeta电位分析  35
    3.2.6 吸附剂红外分析  35-36
  3.3 本章小结  36-38
第4章 Mn0_2/Fe_30_4复合吸附剂对铅离子的吸附性能研究  38-54
  4.1 铅离子单因素吸附实验  38-41
    4.1.1 吸附时间对吸附去除率及容量的影响  38-39
    4.1.2 pH值对吸附去除率及容量的影响  39-40
    4.1.3 金属离子浓度对吸附去除率及容量的影响  40-41
  4.2 pH、离子强度对吸附的影响  41-42
  4.3 铅离子吸附效能分析  42-52
    4.3.1 吸附等温模型  42-47
    4.3.2 吸附动力学  47-49
    4.3.3 吸附热力学  49-52
  4.4 本章小结  52-54
第5章 Mn0_2/Fe_30_4复合吸附剂对铜离子的吸附性能研究  54-69
  5.1 铜离子单因素吸附实验  54-57
    5.1.1 吸附时间对吸附去除率及容量的影响  54-55
    5.1.2 pH值对吸附去除率及容量的影响  55-56
    5.1.3 金属离子浓度对吸附去除率及容量的影响  56-57
  5.2 铜离子吸附吸附效能分析  57-64
    5.2.1 吸附等温模型  57-60
    5.2.2 吸附动力学实验  60-61
    5.2.3 吸附热力学  61-64
  5.3 铅、铜离子在吸附剂上的竞争吸附  64-65
  5.4 铅、铜离子在吸附剂上的吸附机理研究  65-67
    5.4.1 Zeta电位对吸附作用机理分析  65-66
    5.4.2 吸附作用位点红外分析  66-67
  5.5 本章小结  67-69
结论  69-70
参考文献  70-83
攻读学位期间发表的学术论文  83-85
致谢  85

MnO_2/Fe_3O_4复合吸附剂的制备及吸附水中铅、铜的研究

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