焙烧水滑石对水中含硫阴离子的选择吸附性能研究

论文摘要

硫代硫酸盐和硫氰酸盐共存于许多废水中,例如焦化废水、照相洗印加工废水、电镀废水、印染废水和采矿废水。含硫化合物是这些废水中的主要污染物质。硫代硫酸盐对生物来说是营养物质,易造成水体富营养化。而硫氰酸盐对生物则有毒害作用,如果不加处理而直接排放至水体中,会给人类和水生生物带来极大的危害。层状双金属复合氢氧化物（Layered Double Hydroxide,简写为LDHs;又称类水滑石）是一类具有特殊结构的层状无机材料,由于其具有“结构记忆”效应、层间阴离子可交换性和比表面积大等优良特性,在对阴离子和有机分子的吸附上展示了其独特的魅力。本文针对水溶液中硫代硫酸盐与硫氰酸盐难以分离的问题,采用焙烧水滑石（CLDH或LDO）作为吸附剂,选择性吸附分离硫代硫酸盐与硫氰酸盐,能够将绝大部分的硫代硫酸盐从水溶液中吸附出来,硫氰酸盐则被留在水溶液中。采用成核-晶化隔离法制备Mg3Al-CO3-LDH,焙烧即得LDO。通过吸附实验,发现在硫代硫酸根与硫氰酸根的混合溶液中,LDO对硫代硫酸根有明显的选择性吸附作用,硫代硫酸根与硫氰酸根的摩尔浓度比能从最初的1：1降低到1：7,水溶液中硫氰酸铵的纯度能够满足工业品的需求。我们研究了硫代硫酸根的吸附动力学和吸附热力学,发现硫代硫酸根的吸附在热力学上符合Langmuir模型,是一个吸热反应；在动力学上符合准二级反应模型,反应活化能Ea=75.898kJ/mol,吸附速率由吸附剂和被吸附物间的相互作用速率而不是扩散速率所决定。LDO吸附水溶液中的S2O32－后形成具有新结构的水滑石,经过研究发现该产物在水溶液中能缓慢的释放S,释放过程能够持续15天左右,S元素的缓释率能达到50%以上。因此,我们认为S2O32-插层水滑石可用作为一种新型复合含硫缓释化肥而在农业中得到应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 含硫废水处理概况
• 1.1.1 含硫废水
• 1.1.2 含硫废水的处理方法
• 1.2 层状双羟基复合金属氧化物概述
• 1.2.1 LDHs的结构及组成
• 1.2.2 LDHs的性质
• 1.2.3 LDHs在吸附方面的应用
• 1.2.3.1 LDHs对无机阴离子的吸附性能
• 1.2.3.2 LDHs在无机阳离子吸附方面的应用
• 1.2.3.3 LDHs对有机物的吸附作用
• 1.2.3.4 LDHs吸附热力学等温线
• 1.2.3.5 LDHs吸附动力学
• 1.2.3.6 LDHs吸附的影响因素
• 1.2.3.7 水滑石在脱硫方面的应用
• 1.3 缓释/控释化肥概述
• 1.3.1 缓释/控释化化肥的历史
• 1.3.2 缓/控释肥料的概念
• 1.3.3 缓释/控释肥料的种类
• 1.3.3.1 包膜（包裹）缓释/控释肥料
• 1.3.3.2 化学型缓释材料
• 1.3.3 水滑石在缓/控释化肥方面的研究进展
• 1.4 本课题研究内容、目的和意义
• 1.4.1 论文选题的目的及意义
• 1.4.2 论文研究内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 原料、药品与设备
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 吸附剂LDHs的制备
• 2.2.2 吸附剂LDO的制备
• 2.3 硫代硫酸盐选择性吸附试验
• 2.3.1 吸附剂加入量对选择性吸附的影响
• 2.3.2 吸附时间对选择性吸附的影响
• 2.3.3 溶液浓度对选择性吸附的影响
• 2.3.4 吸附过程中溶液pH的变化
• 2.4 表征分析
• 2.4.1 X射线衍射（XRD）分析
• 2.4.2 傅立叶变换红外光谱仪分析
• 2.4.3 热重质谱联用仪分析
• 2.4.4 电感耦合等离子发射光谱分析
• 2.4.5 紫外-可见分光光度仪分析
• 2.4.6 快速元素分析仪
• 2.4.7 碳硫分析仪
• 2.5 硫代硫酸盐吸附热力学试验
• 2.6 硫代硫酸盐吸附动力学试验
• 2.7 水滑石插层硫化物缓释试验
• 2.7.1 模拟溶液的配制
• 2.7.2 硫化物插层水滑石制备
• 2.7.3 缓释实验
• 2.7.3.1 水滑石加入质量对缓释性能的影响
• 2.7.3.2 水滑石加入对酸性溶液pH值的影响
• 2.7.3.3 水滑石缓释动力学的研究
• 2.8 硫代硫酸盐与硫氰酸盐的检测方法
• 2.8.1 硫代硫酸盐的检测
• 2.8.2 硫氰酸盐的检测
• 第三章 焙烧水滑石对硫代硫酸盐的选择吸附性能
• 3.1 前言
• 3.2 LDO对硫代硫酸盐的选择性吸附研究
• 3.2.1 LDO加入量不同对选择性吸收的影响
• 3.2.2 吸附时间选择性吸收的影响
• 3.2.3 被吸附物初始浓度的改变对选择性吸收的影响
• 3.2.4 吸附过程中溶液pH的变化
• 3.3 吸附剂吸附前后的结构变化
• 3.3.1 X射线衍射（XRD）分析
• 3.3.2 傅立叶变换红外光谱仪分析
• 3.3.3 热重质谱联用仪分析
• 3.4 硫代硫酸盐吸附热力学
• 3.5 硫代硫酸盐吸附动力学
• 3.6 小结
• 第四章 硫代硫酸根插层水滑石硫元素缓释性能
• 4.1 前言
• 4.2 水滑石插层硫化物缓释性能
• 4.2.1 水滑石加入量对S元素缓释性能的影响
• 4.2.2 水滑石加入对模拟酸性溶液pH值的影响
• 2O₃^2-插层LDH缓释前后的结构分析'>4.3 S₂O₃^2-插层LDH缓释前后的结构分析
• 4.3.1 含硫水滑石缓释前后XRD谱图分析
• 4.3.2 含硫水滑石缓释前后FT-IR谱图分析
• 4.4 水滑石缓释动力学
• 4.5 小结
• 第五章 结论
• 本论文创新点
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 发表及已接受的论文
• 成果及专利
• 作者和导师简介
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书