活性钙质吸附材料的制备及应用研究

论文摘要

钙质矿物资源丰富有望成为一种高效廉价的吸附剂。然而,天然钙质矿物原料吸附性能较差,需要改性激活化学活性。本研究是以钙质矿物为原料在特定工艺条件下制备得到活性吸附材料并应用于偶氮染料废水的降解脱色。试图开发一种原料价廉易得,无二次污染,可循环利用的新型吸附降解材料。为此,本文进行了制备工艺、矿物材料、吸附性能、吸附剂循环利用、吸附剂再生修复、染料吸附模型与吸附机理等系统的研究。该研究对于构建资源节约环境友好型社会具有十分重要的实用价值。对于充分利用我国丰富的钙质资源、提高染料废水处理效率、降低废水处理成本具有实用价值。主要研究内容和结果如下:1.首先采用XRD、FTIR、SEM和TEM等技术从晶体结构、分子结构和表面形貌方面对钙质原矿及改性后的吸附剂进行表征分析。研究发现,钙质矿物原料对染料的脱色率很低,经800℃热活化后,材料结构发生改变,表面羟基浓度增大,SBET由18.35 m2·g-1增加到28.43 m2·g-1,平均孔径变大,对染料溶液的脱色率由6.5%增大到99.02%。2.研究了吸附剂用量、吸附时间、pH值、染液浓度、染料结构、染液量等因素对染料吸附的影响。结果表明:处理含偶氮结构的酸性品红染料废水,当初始pH值在中性时、初始浓度10mg·L-1、吸附剂用量10 g/L、原水COD103.5 mg·L-1、氨氮含量为5.2 mg·L-1时、吸附反应5min后色度去除率为99.33%,COD除去率为55%,氨氮含量减少到4.0 mg·L-1。染液pH值、染料结构、染液浓度是影响吸附的主要因素。探讨了钙质活性吸附材料降解脱色不同结构染料废水吸附行为和机理。3.研究了钙质吸附剂的再生与循环利用技术。结果表明:控制材料的粒度大小可以有效解决粉末材料在废水脱色过程中存在的固液难以分离的问题;对吸附7次后的吸附剂进行再生热处理,再生温度在650℃时脱色率可从吸附7次后的26.9%上升到99.01%,说明钙质吸附剂有着优良的再生修复性能,再生后的吸附剂同样具有高的吸附能力。4.研究了活化钙质吸附材料的等温吸附模型、动力学模型、热力学参数,并提出了它对酸性品红染料及偶氮染料的吸附机理。结果表明,在Langmuir、Freundlich模型中,它对两种染料的吸附等温线更符合Freundlich模型;吸附剂对所用酸性品红染料的吸附过程主要是遵从准二级动力学模型,而对于偶氮染料的吸附过程符合准一级模型。钙质吸附剂对染料的吸附机理为:通过静电力、氢键、n-π键及范德华力的作用吸附染料分子,在·OH氧化作用下催化脱色降解染料的致色集团。其中,氢键起主要吸附作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 染料概述
• 1.2 染料废水处理现状
• 1.3 吸附法在废水处理中的应用
• 1.3.1 吸附剂
• 1.3.2 钙质类吸附材料及其应用
• 1.4 吸附剂回收利用
• 1.4.1 吸附剂回收
• 1.4.2 吸附剂再生
• 1.5 吸附模型
• 1.5.1 等温吸附模型
• 1.5.2 吸附动力学模型
• 1.5.3 吸附热力学
• 1.6 选题依据与研究内容
• 1.6.1 研究目的与意义
• 1.6.2 研究内容和技术路线
• 第2章 活性钙质吸附材料制备及表征
• 2.1 实验仪器和设备
• 2.2 实验材料与试剂
• 2.3 制备工艺流程
• 2.4 材料表征
• 2.4.1 钙质矿物原料表征
• 2.4.2 活化产物表征
• 2.5 小结
• 第3章 活性钙质材料对染料废水吸附处理
• 3.1 吸附处理方法
• 3.2 影响因素分析
• 3.2.1 活化
• 3.2.2 粒径
• 3.2.3 吸附剂用量
• 3.2.4 吸附时间
• 3.2.5 染液初始pH值
• 3.2.6 染液浓度
• 3.2.7 染料分子结构
• 3.2.8 扩大染液量试验
• 3.2.9 扩大染液浓度试验
• 3.2.10 其它因素
• 3.3 小结
• 第4章 循环利用及吸附特性再生修复
• 4.1 实验方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 再生活化工艺流程
• 4.2.2 材料表征
• 4.2.3 吸附剂循环利用
• 4.2.4 吸附剂再生试验
• 4.2.5 经济效益分析
• 4.3 小结
• 第5章 活性钙质吸附剂染料吸附模型与机理研究
• 5.1 吸附理论
• 5.2 吸附等温模型研究
• 5.3 吸附动力学研究
• 5.4 吸附热力学研究
• 5.5 吸附反应机理分析
• 5.6 小结
• 第6章 结论
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录: 攻读硕士学位期间发表的论文