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会宁凹凸棒石粘土的改性及对废水中镍的处理研究

作　者: 胡显峰
导　师: 赵旭涛
学　校: 兰州理工大学
专　业: 环境工程
关键词: 凹凸棒石粘土镍改性静态动态
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

目前用于处理低浓度(<100mg/L)重金属离子废水的传统方法存在效率低或成本高等不足之处,而吸附法由于操作简便、成本低等优点成为近年来研究的热点。凹凸棒石又名坡缕石,是一种层链状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物,因具有特殊的纤维结构、不同寻常的胶体和吸附性能,而具有广泛的应用领域。本文分别从静态吸附实验和动态吸附实验对凹凸棒石粘土吸附Ni(II)的行为进行研究。静态吸附实验考察了时间、初始浓度、pH值、吸附剂量以及温度等因素对凹凸棒石粘土吸附Ni(II)效果的影响,并从吸附热力学、动力学角度描述了凹凸棒石粘土对Ni(II)的吸附行为。动态吸附实验对Ni(II)溶液初始浓度、流速、初始pH值和吸附床高度对穿透曲线的影响进行了探讨。实验结果表明:(1)凹凸棒石粘土对Ni(II)的吸附在吸附前10 min内基本完成,吸附率和吸附量都随吸附时间的延长快速增加,10 min后均随时间的延长而增长缓慢,表明吸附已趋于平衡。凹凸棒石粘土对N(iII)的吸附量随着Ni(II)初始浓度的增加,从10.25 mg/g增加到32.20 mg/g,表明高浓度的Ni(II)更能够充分利用凹凸棒石粘土对Ni(II)的吸附能力。凹凸棒石粘土对Ni(II)的吸附率和吸附量都随pH升高而增加,可见,宜在中性或偏碱性条件下进行。凹凸棒石粘土对Ni(II)的吸附量和吸附率都随温度升高而增加,但是影响并不明显,所以会宁凹凸棒石粘土对Ni(II)的吸附可以在室温下进行。(2)Langmuir和Freundlich方程拟合的线性相关系数R12>0.99>R22,凹凸棒石粘土对N(iII)的吸附能够较好地符合Langmuir吸附等温方程。凹凸棒石粘土对Ni(II)的吸附动力学符合准二级动力学方程,说明该吸附是以化学吸附为速率控制步骤;而表观吸附活化能数据表明此吸附过程明显带有物理吸附的性质。因此,凹凸棒石粘土对Ni(II)的吸附并不是单一的以化学吸附或物理吸附为吸附速率控制步骤的过程,而是由物理吸附和化学吸附共同控制的过程。(3)吸附柱中凹凸棒石粘土吸附床高度、Ni(II)溶液初始浓度、流速和pH值对穿透时间有较大影响。在中性或偏碱性条件下,穿透时间较长;随着吸附床高度增加,穿透时间延长;而随Ni(II)溶液初始浓度、流速的增大,穿透时间急剧缩短。BDST模型能够充分描述凹土吸附床高度与穿透时间之间的关系,且对仅改变Ni(II)溶液初始浓度的穿透时间进行预测时可以得到较满意的结果。

全文目录

摘要  8-9
Abstract  9-11
第1章绪论  11-22
  1.1 凹凸棒石粘土的简述  11-15
    1.1.1 凹凸棒石的定义及分布特点  11-12
    1.1.2 凹凸棒石粘土的基本特征  12-13
    1.1.3 凹凸棒石粘土的理化性质  13-15
  1.2 凹凸棒石的资源利用现状及应用  15-19
    1.2.1 开发利用现状  15-16
    1.2.2 凹凸棒石粘土应用领域  16-18
    1.2.3 凹凸棒石资源的发展趋势  18-19
  1.3 含镍废水概述  19-21
    1.3.1 镍离子污染的来源  19
    1.3.2 镍离子污染的危害  19-20
    1.3.3 含镍废水的处理方法  20-21
  1.4 本课题的研究内容  21
  1.5 本课题研究的创新点  21-22
第2章金属离子在固-液界面上吸附的基本理论  22-26
  2.1 吸附  22-24
    2.1.1 吸附的概念及分类  22
    2.1.2 影响固-液界面吸附的因素  22-24
  2.2 表面沉淀  24
  2.3 离子交换模型  24
  2.4 表面络合模型  24-26
第3章实验仪器与材料的制备  26-47
  3.1 仪器设备与化学试剂  26-27
    3.1.1 实验所用的主要仪器设备  26
    3.1.2 实验所用的主要化学试剂  26-27
  3.2 溶液的配置与测定  27-29
    3.2.1 试剂的配置  27-28
    3.2.2 镍的测定方法  28-29
  3.4 吸附剂的制备  29-35
    3.4.1 凹凸棒石粒径的选取  29-31
    3.4.2 凹凸棒矿石种类的选取  31-32
    3.4.3 焙烧温度的选取  32-35
  3.5 凹土吸附剂的改性  35-44
    3.5.1 凹凸棒石粘土的酸改性  35-38
    3.5.2 凹凸棒石粘土的碱改性  38-39
    3.5.3 凹凸棒石粘土的盐改性  39-41
    3.5.4 凹凸棒石粘土的有机改性  41-42
    3.5.5 凹凸棒石粘土的壳聚糖改性  42-43
    3.5.6 凹凸棒石粘土的热活化  43-44
  3.6 天然凹土和改性凹土的SEM 图像对比  44-46
  3.7 本章小结  46-47
第4章凹凸棒石粘土对Ni（Ⅱ ）静态吸附研究  47-56
  4.1 实验方法  47
  4.2 数据分析  47
  4.3 结果分析与讨论  47-53
    4.3.1 吸附时间对吸附性能的影响  47-48
    4.3.2 Ni（Ⅱ ）初始浓度对吸附性能的影响  48-49
    4.3.3 溶液pH 值对吸附性能的影响  49
    4.3.4 温度对吸附性能的影响  49-50
    4.3.5 吸附剂量对吸附性能的影响  50
    4.3.6 共存阳离子对吸附性能的影响  50-51
    5.3.7 阴离子共存对吸附性能的影响  51-52
    4.3.8 pH 值和阳离子对吸附过程的影响  52-53
  4.4 正交试验  53-55
  4.5 本章小结  55-56
第5章凹凸棒石粘土吸附Ni（Ⅱ ）的热力学  56-62
  5.1 吸附热力学基础理论  56-58
    5.1.1 凹土的吸附机理  56
    5.1.2 吸附等温线  56-58
    5.1.3 吸附热力学函数  58
  5.2 凹土吸附Ni（Ⅱ ）的热力学  58-61
    5.2.1 Ni（Ⅱ ）的吸附等温线  58-60
    5.2.2 凹土吸附Ni（Ⅱ ）的热力学函数  60-61
  5.3 本章小结  61-62
第6章凹凸棒石粘土吸附Ni（Ⅱ ）的动力学  62-70
  6.1 固-液吸附动力学的基本理论  62-65
    6.1.1 动力学模型  62-63
    6.1.2 Azizian 理论  63-64
    6.1.3 液膜扩散系数  64
    6.1.4 表观吸附活化能  64-65
    6.1.5 固-液吸附的实验方法  65
  6.2 凹土吸附Ni（Ⅱ ）的动力学  65-69
    6.2.1 Ni（Ⅱ ）浓度对凹土吸附动力学的影响  65-67
    6.2.2 温度对吸附动力学的影响  67-68
    6.2.3 表观吸附活化能  68-69
  6.3 本章小结  69-70
第7章凹凸棒石粘土动态吸附Ni（Ⅱ ）的研究  70-81
  7.1 实验方法  70
  7.2 数据分析  70-71
  7.3 动态吸附模型  71-72
    7.3.1 BDST 模型  71-72
    7.3.2 Thomas 模型  72
    7.3.3 Yoon-Nelson 模型  72
  7.4 吸附影响因素的研究  72-74
  7.5 结果分析与讨论  74-80
    7.5.1 Ni（Ⅱ）初始浓度对穿透曲线的影响  74-75
    7.5.2 吸附床高度对穿透曲线的影响  75-76
    7.5.3 流速对穿透曲线的影响  76-77
    7.5.4 初始pH 值对穿透曲线的影响  77-78
    7.5.5 凹土对Ni（Ⅱ）动态吸附的模型  78-80
  7.6 本章小结  80-81
结论  81-83
参考文献  83-90
致谢  90-91
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