离子交换型脱氨材料的制备及特性研究

论文摘要

水体中过量的氮化合物能使藻类大量繁殖,溶解氧锐减,水质严重退化。随着污水处理技术的发展,目前已有多种去除氨氮的方法,但各种方法都有其利弊及限制因素。离子交换法是近年来研究比较多的去除氨氮的新型方法,以其特有的优点越来越受到重视。而如何寻找高效、廉价易得的交换剂材料是近年来离子交换脱氨研究的热点和重点。本研究以福建龙岩产高岭土为原料,通过对其进行改性制备高效能的脱氨材料应用于污水脱氨中。针对前人实验中存在的问题,提出了新的改性工艺,将煅烧温度提高到750℃,采用碱液浸泡改性以降低碱用量,并采用正交实验法确定改性的最佳条件为:碱液浓度为5mol/L,改性温度100℃,改性时间4h。改性成型后的高岭土颗粒与已有研究相比,铵离子交换量有了很大提高。同时本文对改性成型后的颗粒进行了比表面积和孔隙度及强度的表征测试,结果表明经过成型和改性过程,颗粒的比表面积和孔隙度有了很大提高,从环境扫描电镜照片上可以清楚看到其孔结构。电子万能机实验证明改性后制得的颗粒有足够的强度,满足后续上柱实验的要求。在高岭土改性成型的实验基础上,本文研究了其离子交换脱氨的性能特征,主要从热力学和动力学两个方面考虑。热力学研究结果表明改性高岭土对NH4+的平衡属于有利平衡,且实验温度升高改性材料对NH4+的选择性加强。由实验数据计算出改性材料对NH4+交换反应的△G为负值,说明反应能自发进行,△H为正值,说明反应是吸热反应,△S正值,即是熵增的过程。动力学研究结果表明温度的升高能有效的缩短到达平衡的时间,但浓度的增加却只能提高其瞬时交换量而不改变达到平衡的时间。改性高岭土对NH4+的交换反应控制步骤为颗粒扩散。并且由实验数据计算出反应的表观活化能为27.12KJ/mol,反应级数为1.2342。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 氨氮废水处理技术研究进展
• 1.1.1 氨氮污染的来源
• 1.1.2 氨氮污染的危害
• 1.1.3 氨氮处理技术
• 1.2 高岭土概述
• 1.2.1 高岭土的组成及其特征
• 1.2.2 我国高岭土资源状况
• 1.2.3 高岭土的应用状况
• 1.3 离子交换平衡与热力学
• 1.3.1 离子交换平衡
• 1.3.2 离子交换平衡等温线与Kielland图
• 1.3.3 热力学函数的计算
• 1.3.4 平衡关系表达式
• 1.4 离子交换动力学
• 1.4.1 离子交换动力学研究的内容
• 1.4.2 离子交换动力学模型
• 1.5 选题意义及研究内容
• 1.5.1 选题意义
• 1.5.2 课题研究的主要内容
• 第二章 实验材料与方法
• 2.1 仪器、药品与测试方法
• 2.1.1 课题研究中使用的仪器与药品
• 2.1.2 氨氮的测试方法
• 2.2 高岭土的改性方法
• 2.3 改性高岭土脱氨性能实验方法
• 2.3.1 离子交换反应实验方法
• 2.3.2 等温平衡曲线测定方法
• 2.4 材料的表征与测试
• 2.4.1 比表面积及孔隙度测试
• 2.4.2 环境扫描电镜
• 2.4.3 电子万能机实验
• 第三章 高岭土改性实验
• 3.1 高岭土成型工艺
• 3.2 新的改性工艺
• 3.3 改性高岭土的表征测试
• 3.3.1 比表面积和孔隙度测试结果
• 3.3.2 环境扫描电镜结果分析
• 3.3.3 强度分析结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 改性高岭土脱氨氮性能实验
• 4.1 离子交换容量的测定
• 4.1.1 不同交换容量的概念
• 4.1.2 最大交换容量的测定
• 4.1.3 REC的测定
• 4.2 改性高岭土的离子交换热力学特性研究
• 4.2.1 温度对平衡曲线的影响
• 4.2.2 Killend图和热力学参数
• 4.2.3 平衡关系表达式求解
• 4.3 改性高岭土的离子交换动力学过程研究
• 4.3.1 初始浓度对离子交换过程的影响
• 4.3.2 温度对动力学曲线的影响
• 4.3.3 改性高岭土对NH4+交换控制步骤的研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢