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几种高效除氟吸附剂的颗粒化方法与吸附效果研究

作　者: 霍亚坤
导　师: 丁文明
学　校: 北京化工大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 吸附剂颗粒化海藻酸镧铁镧复合氧化物除氟
分类号: TU991.266
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

论文以实用化的颗粒除氟吸附剂制备为目的,以吸附剂的吸附容量与机械强度为研究目标,通过颗粒海藻酸镧、颗粒铁-镧复合氧化物吸附剂的制备,研究了不同吸附材料与颗粒化方法制备的颗粒吸附剂的除氟作用效果,并对颗粒吸附剂的作用机理进行了系统研究。通过滴球-交联法制备颗粒海藻酸镧吸附剂,并应用其进行除氟研究,结果显示,颗粒吸附剂的吸附速率快,动力学过程符合拟二级反应方程；其吸附等温线符合Langmuir模型,吸附过程受pH值及SO42-离子干扰较大,最佳吸附pH值为4.0,最大吸附容量可达197.2 mg/g；机理研究显示,该颗粒吸附剂的除氟机理为离子交换作用。该颗粒吸附剂具有很好的机械强度,同时存在较严重的溶胀现象。对铁镧复合氧化物吸附剂进行了两种颗粒化方法研究。采用挤出法制备的铁镧复合氧化物颗粒吸附剂呈柱状,该颗粒吸附速率较快,动力学过程符合拟一级反应方程；其吸附等温线符合Langmuir模型；pH优化范围5-7；HCO3-与HPO4-对吸附除氟的干扰较大；优化条件下最大吸附量12.1mg/g。连续试验表明,其吸附穿透时间大大高于活性氧化铝,动态吸附量为活性氧化铝的3倍以上。该颗粒吸附剂在水中浸泡后机械强度较差。采用滴球-交联法制备的铁镧复合氧化物颗粒吸附剂呈球形,颗粒吸附剂的吸附速率快,动力学过程符合拟二级反应方程；其吸附等温线符合Freundlich模型,吸附过程受pH及HPO42-离子干扰较大,最佳吸附pH=4,优化条件下最大吸附容量达30.1mg/g。该吸附剂连续动态吸附效果佳,穿透体积达2326倍,是颗粒活性氧化铝的8-10倍；间歇再生效果较好；同时该吸附剂具有较好的机械强度。比较研究发现,尽管颗粒海藻酸镧具有很高的吸附容量,但镧元素的含量高,因价格昂贵而应用受到限制；挤出法制备的柱状铁-镧复合氧化物吸附剂,吸附能力尚可,但机械强度较差；而滴球法制备的球形铁-镧复合氧化物颗粒吸附剂,在吸附性能及机械性能等方面均有较好的表现,并通过连续试验运行考核,证明了该吸附剂的有效性。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-17
第一章绪论  17-31
  1.1 课题研究背景  17-18
    1.1.1 除氟的必要性  17
    1.1.2 除氟研究现状  17-18
  1.2 常见吸附剂及其制备方法  18-21
    1.2.3 活性氧化铝  18
    1.2.4 改性吸附剂  18-19
    1.2.5 离子交换树脂吸附剂  19
    1.2.6 分子筛吸附剂  19-20
    1.2.7 高分子类吸附剂  20
    1.2.8 稀土类吸附剂  20-21
  1.3 吸附剂的表征  21-25
    1.3.1 吸附剂成分分析  21-22
    1.3.2 X射线衍射---XRD  22
    1.3.3 红外光谱---IR  22-23
    1.3.4 比表面积---BET  23-24
    1.3.5 扫描电镜---SEM  24
    1.3.6 能谱分析---EDX  24-25
  1.4 吸附剂的性能评价  25-27
    1.4.1 吸附等温线  25
    1.4.2 吸附动力学曲线  25-26
    1.4.3 pH值影响  26-27
    1.4.4 共存离子影响  27
  1.5 连续吸附评价  27-28
  1.6 再生试验研究  28
  1.7 本课题的选题意义及研究内容  28-31
    1.7.1 选题意义  28-29
    1.7.2 研究内容及方案  29-31
第二章海藻酸镧颗粒吸附剂  31-47
  2.1 试验部分  31-34
    2.1.1 试验材料及仪器  31-32
    2.1.2 吸附剂的制备方法  32-34
  2.2 吸附剂性能评价  34-38
    2.2.1 吸附等温线  34-36
    2.2.2 吸附速率曲线  36-37
    2.2.3 pH值影响  37-38
    2.2.4 共存离子影响  38
  2.3 吸附剂的物性表征  38-44
    2.3.1 吸附剂表观参数  38-39
    2.3.2 吸附剂成分分析  39
    2.3.3 吸附剂的比表面积及孔体积分布  39-40
    2.3.4 吸附剂的XRD  40-41
    2.3.5 吸附剂的IR  41-42
    2.3.6 吸附剂的SEM  42-43
    2.3.7 吸附剂EDX  43
    2.3.8 吸附前后溶液的离子色谱分析  43-44
  2.4 吸附过程的机理分析  44
  2.5 本章小结  44-47
第三章 Fe-La复合氧化物柱状颗粒吸附剂  47-57
  3.1 试验部分  47-50
    3.1.1 试验材料及仪器  47-48
    3.1.2 吸附剂制备方法  48-50
  3.2 吸附剂的性能评价  50-54
    3.2.1 吸附等温线  50-51
    3.2.2 吸附速率曲线  51-52
    3.2.3 pH值影响  52-53
    3.2.4 共存离子影响  53-54
  3.3 动态吸附研究  54-55
    3.3.1 吸附剂表观参数  54
    3.3.2 动态吸附试验  54-55
  3.4 本章小结  55-57
第四章 Fe-La复合氧化物球形颗粒吸附剂  57-81
  4.1 试验部分  57-60
    4.1.1 试验材料及仪器  57-58
    4.1.2 吸附剂的制备方法  58-60
  4.2 吸附剂合成条件优化  60-64
    4.2.1 沉淀物与壳聚糖配比的不同对吸附剂吸附效果影响  60-61
    4.2.2 反应过程中中和pH不同对吸附效果的影响  61
    4.2.3 颗粒在碱液中浸泡浓度不同对吸附剂吸附效果影响  61-62
    4.2.4 颗粒在碱液中浸泡时间不同对吸附剂吸附效果影响  62
    4.2.5 颗粒在戊二醛中浸泡浓度不同对吸附剂吸附效果影响  62-63
    4.2.6 颗粒在戊二醛中浸泡时间不同对吸附剂吸附效果影响  63-64
    4.2.7 吸附剂合成最优化方法  64
  4.3 吸附剂的表征  64-66
    4.3.1 吸附剂的SEM  64
    4.3.2 吸附剂的XRD  64-65
    4.3.3 吸附剂的比表面积及孔体积分布  65-66
  4.4 吸附剂的性能评价  66-72
    4.4.1 吸附等温线  66-67
    4.4.2 吸附速率曲线  67-68
    4.4.3 pH值影响  68-69
    4.4.4 共存离子影响  69-70
    4.4.5 水质影响  70
    4.4.6 结果讨论  70-72
  4.5 动态吸附试验  72-74
    4.5.1 吸附剂表观参数  73
    4.5.2 不同空速下吸附效果比较  73-74
  4.6 再生试验研究  74-79
    4.6.1 再生方案选择  74-75
    4.6.2 间歇再生试验  75-76
    4.6.3 间歇再生结果讨论  76-77
    4.6.4 连续再生试验  77-78
    4.6.5 连续再生结果讨论  78-79
  4.7 中试试验  79-80
  4.8 本章小结  80-81
第五章结论  81-83
参考文献  83-87
致谢  87-89
研究成果及发表的论文  89-91
作者和导师简介  91

几种高效除氟吸附剂的颗粒化方法与吸附效果研究

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