纳米金属铝粉水解法制备净水材料及其在微污染废水治理中的应用

论文摘要

在常规污水处理中,铝、铁、锰等氧化物及其氢氧化物由于具有较大比表面积、良好的微孔结构、电荷密度高等特点,对水中的重金属、有机物、细菌病毒等有较强的吸附作用。利用含有上述金属元素的吸附剂处理环境中污染物已引起越来越多科研工作者的兴趣。纳米粒子所具有的小体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应及表面界面效应以及由其制备的纳米功能材料具有完全新型的性质,为纳米材料在各个领域的应用,奠定了基础。本文利用实验室自有设备,采用电爆炸法制备纳米铝粉,探讨了金属丝电爆炸实验装置的工艺条件,研究了各电爆炸工艺参数对纳米铝粉晶粒度的影响。该方法制备纳米材料,方法独特,无二次污染,工艺流程简单。本文进一步研究了氮气环境下,电爆炸法制备的纳米铝粉与二次去离子水直接水合反应后产物的特征,对水合过程中水解产物的粒度、形貌、比表面积进行了研究,并考察了外加试剂对水解产物比表面积的影响。选择比表面积较大的水解产物AlO（OH）作为吸附剂对Cu2+和Pb2+模拟废水进行吸附处理,研究该吸附剂对水中Cu2+和Pb2+的去除作用,探讨该吸附剂对重金属离子的吸附机理。由于纳米颗粒吸附剂从水中分离出来困难,导致在水处理运行中不能充分发挥这些物质的吸附特性,本研究采用纳米铝粉水解法、以活性炭纤维毡为载体,制备一种新型的复合净水材料。通过对含有低浓度Cd2+、Mn2+模拟废水的动力学以及影响吸附的因素研究,考察该净水材料的吸附性能,并在此基础上进一步研究了复合净水材料对苯酚、细菌的吸附。通过该论文的研究结果,希望能够给环境废水污染治理领域提供一种新方法,新思路和新材料。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 水体环境中的重金属
• 1.1.1 重金属废水的来源及污染特点
• 1.1.2 各类重金属废水的危害性
• 1.1.3 低浓度重金属废水的特点
• 1.2 重金属废水的常规处理方法
• 1.2.1 化学沉淀法
• 1.2.2 物理化学法
• 1.2.3 生物法
• 1.3 吸附法在废水处理中的应用
• 1.3.1 吸附剂的种类
• 1.3.1.1 炭质类吸附剂
• 1.3.1.2 矿物类吸附剂
• 1.3.1.3 其它类型吸附剂
• 1.4 纳米材料研究发展概述
• 1.4.1 纳米材料与纳米结构
• 1.4.2 纳米材料的特性
• 1.4.3 制备纳米粉末的常用方法
• 1.4.3.1 机械法
• 1.4.3.2 物理法
• 1.4.3.3 化学法
• 1.4.3.4 金属丝电爆炸法
• 1.4.4 纳米材料的应用
• 1.5 微污染废水的特征及其主要处理方法
• 1.5.1 微污染废水特征
• 1.5.2 微污染废水的处理方法
• 1.5.2.1 活性炭吸附技术
• 1.5.2.2 臭氧氧化技术
• 1.5.2.3 光催化氧化技术
• 1.5.2.4 膜技术
• 1.5.3 含铝金属纳米净水材料对微污染废水的处理
• 1.6 本论文的研究意义及内容
• 1.6.1 研究的目的及意义
• 1.6.2 研究内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 主要试剂
• 2.2 仪器设备
• 2.3 纳米铝粉的制备
• 2.4 纳米铝粉水解过程产物特征研究
• 2.4.1 水解过程条件因素研究
• 2.5 纳米AlO（OH）粒子作为吸附剂吸附铜和铅离子的研究
• 2.5.1 实验用吸附剂的制备
• 2.5.2 静态吸附实验
• 2.5.3 重金属离子的测试手段
• 2.6 新型复合净水材料吸附重金属的研究
• 2.6.1 新型复合净水材料的制备
• 2.6.2 动态吸附实验
• 2.6.3 动态洗脱实验
• 2.6.4 细菌和苯酚的测定
• 2.7 吸附材料表面分析
• 第三章 电爆炸法制备纳米金属铝粉研究
• 3.1 电爆炸法设备
• 3.1.1 电爆炸法制备纳米铝粉设备图
• 3.1.2 电爆炸法制备纳米铝粉设备结构简图
• 3.1.3 电爆炸法制备纳米铝粉设备工作原理
• 3.1.4 电爆炸法制备纳米铝粉过程简述
• 3.2 实验工艺参数对制备粉末粒度的影响
• 3.2.1 电爆炸腔中介质气压对粉末粒度的影响
• 3.2.2 金属铝丝直径对粉末粒度的影响
• 3.2.3 电容器储能对粉末粒度的影响
• 3.3 电爆炸法物理机制
• 3.4 电爆炸法制备纳米铝粉实验研究及粉末表征
• 3.4.1 电爆炸法制备纳米铝粉设备工艺条件的影响
• 本章小结
• 第四章 纳米金属铝粉水解过程及产物特征
• 4.1 引言
• 4.2 纳米铝粉水解溶液PH 值变化
• 4.3 纳米铝粉水解过程
• 4.4 有机添加物对纳米铝粉水解的影响
• 4.5 水解反应的机理初探
• 本章小结
• 2+和PB²⁺的吸附性能研究'>第五章 纳米铝粉水解法制备ALO（OH）对CU²⁺和PB²⁺的吸附性能研究
• 2+和CU²⁺的吸附特征'>5.1 纳米ALO（OH）对PB²⁺和CU²⁺的吸附特征
• 2+和Pb²⁺影响因素研究'>5.1.1 吸附Cu²⁺和Pb²⁺影响因素研究
• 5.1.1.1 吸附时间对吸附量的影响
• 2+和Pb²⁺吸附量的影响'>5.1.1.2 pH 值对Cu²⁺和Pb²⁺吸附量的影响
• 2+和Pb²⁺吸附量的影响'>5.1.1.3 盐浓度对Cu²⁺和Pb²⁺吸附量的影响
• 2+和Pb²⁺初始浓度对吸附的影响'>5.1.1.4 Cu²⁺和Pb²⁺初始浓度对吸附的影响
• 5.1.1.5 表观吸附动力学
• 2+和CU²⁺前后表面结构分析'>5.2 纳米ALO（OH）吸附PB²⁺和CU²⁺前后表面结构分析
• 本章小结
• 第六章 采用纳米金属铝粉水解法制备复合净水材料处理微污染废水
• 6.1 引言
• 6.2 吸附实验装置
• 6.3 复合净水材料吸附重金属离子影响因素实验
• 6.3.1 不同载体净水效果比较实验
• 6.3.2 pH 值影响实验
• 6.3.3 初始浓度影响实验
• 6.3.4 竞争吸附实验
• 6.3.5 复合净水材料吸附镉、锰的动力学实验
• 2+的洗提与解吸再生实验'>6.3.6 复合净水材料吸附Cd²⁺的洗提与解吸再生实验
• 6.3.7 有无ALO（OH）的复合净水材料前后净水效果比较
• 6.3.8 复合净水材料对苯酚的去除实验
• 6.3.9 复合净水材料对细菌的去除实验
• 6.3.10 动态吸附模型
• 6.4 实验结果与讨论
• 6.4.1 复合净水材料载体的选择
• 6.4.2 复合净水材料的表征
• 6.4.3 重金属离子在复合净水材料表面吸附动力学研究
• 6.4.4 饱和吸附复合净水材料的洗提实验
• 6.4.5 饱和吸附复合净水材料的解吸实验
• 2+存在对复合净水材料吸附Cd²⁺能力的影响'>6.4.6 Pb²⁺存在对复合净水材料吸附Cd²⁺能力的影响
• 6.4.7 有无负载AlO（OH）粒子前后净水效果比较实验
• 6.4.8 初始浓度对复合净水材料吸附镉能力的影响
• 6.4.9 初始pH 值对复合净水材料吸附的影响
• 6.5 SEM/EDAX 表面分析
• 6.6 光电子能谱分析（XPS）
• 6.7 复合净水材料吸附苯酚的研究
• 6.8 复合净水材料吸附细菌的研究
• 本章小结
• 第七章 结论、创新点与建议
• 7.1 结论
• 7.2 创新点
• 7.3 建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 研究生期间发表的相关学术论文及其它成果学术论文
• 发明专利
• 获奖情况
• 中文摘要
• ABSTRACT