低成本粉煤灰沸石的制备及其同步脱氨除磷试验研究

论文摘要

粉煤灰是火力发电厂的燃煤固体废物，将其进行适当处理，合成人工沸石后可用于水质净化。对于合成人工沸石，现有的研究主要集中于其阳离子交换性能及对水体中重金属离子的去除，而少有将其用于废水中氨氮及磷的同步去除。且合成沸石直接用于低浓度含磷污水的处理，效果很不理想，因此有必要对其进行适当改性处理，强化其脱氨除磷能力。有研究表明，镧、铈等稀土元素对阴离子正磷有很强的吸附特性，但单纯使用稀土元素进行污水处理成本较高，且处理后水体中稀土元素离子一般偏高甚至超标，这就限制了其在实际水处理中的应用。而将稀土元素用于粉煤灰沸石的改性，既可以提高粉煤灰沸石的吸附性能，又降低了经济成本，使其大规模应用成为可能。本研究以火电厂固废粉煤灰为主要原料，采用改良水热法研制合成了低成本沸石，并对其进行了稀土镧改性处理，以强化其脱氮除磷能力。实验研究了改性镧离子浓度，改性pH，改性时间及固液比对改性效果的影响。运用XRD和SEM分析技术对合成沸石进行了表征。并将其用于模拟城市污水处理厂二级出水同步脱氨除磷实验研究，探讨了改性镧离子浓度、改性合成沸石投加量、反应时间及进水pH值等多因素对其应用效果的影响，旨在探索粉煤灰合成沸石对氨氮及磷的去除，拓宽其应用领域，达到以废治废的目的。结果表明，在合成条件为：液固比4:1，碱液浓度3mol/L，反应温度100℃，反应时间24h时合成的沸石具有较高的CEC值。为提高合成沸石的同步脱氮除磷能力对其进行镧离子改性处理，在改性镧离子浓度0.5%、改性pH值为10，改性时间24h及固液比1：5时，改性粉煤灰沸石对磷的去除率大大提高。而在pH值为4~8、投加量为10g/L时，改性后的合成沸石对氨氮和磷的去除率分别达到90%，95%以上。改性后的合成沸石对氨氮及磷的吸附动力学数据符合伪二级方程。Langmuir方程能更好地描述氨氮及磷在改性合成沸石上的等温吸附行为，氨氮和磷的Langmuir最大吸附量分别为3.94，1.65mg/g。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 第1章 绪论
• 1.1 水体富营养化
• 1.1.1 水体富营养化的概念及成因
• 1.1.2 我国水体富营养化的现状概述
• 1.1.3 水体富营养化的危害
• 1.1.4 水体富营养化的防治
• 1.2 粉煤灰研究概述
• 1.2.1 粉煤灰的来源
• 1.2.2 粉煤灰的成分
• 1.2.3 粉煤灰的结构
• 1.2.4 粉煤灰的性质
• 1.2.5 粉煤灰的危害
• 1.2.6 粉煤灰的综合利用
• 1.3 粉煤灰合成沸石的研究进展
• 1.3.1 沸石分子筛的概念
• 1.3.2 沸石分子筛的结构和种类
• 1.3.3 沸石分子筛的特性
• 1.3.4 粉煤灰合成沸石的原理
• 1.3.5 粉煤灰合成沸石的工艺方法
• 1.3.6 合成沸石分子筛在水处理中的应用
• 1.4 粉煤灰合成沸石的改性
• 1.4.1 酸、碱改性
• 1.4.2 高温焙烧改性
• 1.4.3 盐处理改性
• 1.4.4 稀土元素改性
• 1.5 稀土元素在水处理中的应用
• 1.6 选题意义及内容
• 1.6.1 选题意义
• 1.6.2 研究内容
• 第2章 粉煤灰合成沸石及其表征
• 2.1 原料及试剂
• 2.1.1 原料分析
• 2.1.2 实验试剂
• 2.2 实验装置及仪器
• 2.3 合成实验
• 2.3.1 原料的预处理
• 2.3.2 沸石的合成
• 2.3.3 合成条件的确定及优化
• 2.4 样品表征
• 2.4.1 XRD 分析
• 2.4.2 SEM 形貌观察
• 2.4.3 CEC 测定
• 2.5 结果与分析
• 2.5.1 样品 XRD 成分分析
• 2.5.2 合成产物形貌电镜扫描观察
• 2.5.3 产物阳离子交换容量的 CEC 值
• 2.6 本章小结
• 第3章 粉煤灰合成沸石的改性
• 3.1 实验材料与方法
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 实验仪器
• 3.1.3 实验方法
• 3.2 实验结果与分析
• 3.2.1 改性镧离子浓度对同步脱氨除磷的影响
• 3.2.2 改性溶液 pH 对同步脱氨除磷的影响
• 3.2.3 改性时间对同步脱氨除磷的影响
• 3.2.4 固液比对同步脱氨除磷的影响
• 3.2.5 改性条件的优化
• 3.3 本章小结
• 第4章 粉煤灰合成沸石的同步脱氨除磷研究
• 4.1 实验材料与方法
• 4.1.1 实验材料
• 4.1.2 实验仪器
• 4.1.3 实验方法
• 4.2 实验结果与分析
• 4.2.1 合成沸石投加量对同步脱氨除磷的影响
• 4.2.2 反应时间对同步脱氨除磷的影响
• 4.2.3 进水 pH 对同步脱氨除磷的影响
• 4.2.4 合成沸石对氨氮与磷的吸附动力学实验
• 4.2.5 合成沸石对氨氮与磷的等温吸附实验
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录 A（攻读硕士期间发表的学术论文目录）
• 致谢