新生态二氧化锰净水作用及机理研究

论文摘要

结合我国国情,科学合理、经济有效地解决我国的饮用水水质问题是水处理学者面临的迫切任务。前人在研究高锰酸钾净水作用的同时发现了新生态二氧化锰的净水作用,并指出新生态二氧化锰是一种高效、安全、无毒的净水药剂。在前人工作的基础上,笔者重点研究了新生态二氧化锰界面性质、混凝除浊特性、去除微污染水源水中有机物、去除水源水中重金属离子效能,并进一步探讨了新生态二氧化锰净水作用的机理。结果表明新生态二氧化锰是一种高效的水处理混凝药剂,具有优良的混凝特性,对水中浊度、微量有机物及重金属均可以有效地去除。本文对新生态MnO2粒子的结构及界面性质进行了表征,探讨了其除污染的可能机制。结果表明:该新生态二氧化锰具有丰富的表面羟基、晶型为δ-MnO2、有较大的比表面积。通过混凝试验考察了高锰酸钾还原法制备的新生态二氧化锰胶体对原水的混凝性能并探讨了混凝机理。结果表明,胶态新生态二氧化锰粒子在去离子水和原水中荷负电,在去离子水中,粒子直径为10 nm并形成网状结构,有利于发挥吸附架桥作用;粒子具有丰富的表面羟基,表现出优良的吸附污染物的界面特性;较低投量的胶态新生态二氧化锰表现出对原水的优良混凝效能和去除有机微污染的效能。试验发现,混凝的最佳pH值范围为7～9;该新生态二氧化锰的混凝除浊机制主要是吸附架桥作用。研究表明,对于不同浊度原水,混凝能力存在个体差异,大多数情况下混凝能力FM-2大于FM-1;FM-1与FM-2都存在最佳投药量的现象,同水中原位生成的新生态二氧化锰相比,预制的新生态二氧化锰基本不具有混凝性能。新生态二氧化锰对水源水中微污染有机物的具有优良的吸附去除能力,其中,FM-2对水中腐殖酸的吸附去除效能最优,FM-2是一种优良的去除有机污染物的药剂;同水中原位生成的新生态二氧化锰相比,预制的新生态二氧化锰FM-3对水中腐殖酸的吸附效能较差。研究发现,新生态二氧化锰对水中有机污染物的吸附是选择性吸附,腐殖酸分子量越大,新生态二氧化锰对其吸附作用越强;Ca2+、Mg2+等阳离子在吸附过程中发挥桥联作用而促进新生态二氧化锰对腐殖酸的吸附;Ca2+较Mg2+具有更强的促进腐殖酸吸附的能力;提高pH值能提高新生态二氧化锰对腐殖酸的吸附能力。新生态二氧化锰对水中的微量镉具有显著的去除作用,3mg/L的新生态二氧化锰对实验室配水和松花江水中镉的去除率达95%以上,是一种非常有效的去除水源水中微量镉的水处理药剂。另外发现,水体pH值是影响镉去除的重要因素,新生态二氧化锰除镉效果最佳的pH值范围宜大于7;水中浊度物质的增加,使得新生态二氧化锰对镉的去除率增加。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的提出与研究意义
• 1.1.1 课题的提出
• 1.1.2 课题的创新性与研究意义
• 1.1.3 本课题的提出符合绿色净水思想
• 1.2 新生态二氧化锰净水作用的化学基础
• 1.2.1 锰的重要化合物
• 1.2.2 锰氧化物在天然水环境中的作用
• 1.2.3 新生态二氧化锰在水环境中作用的研究现状
• 1.3 本课题的研究内容
• 第2章 新生态二氧化锰的界面性质及影响因素
• 2.1 引言
• 2.2 试验材料与方法
• 2.2.1 实验仪器与材料
• 2.2.2 新生态二氧化锰的制备方法
• 2.2.3 新生态二氧化锰粒子界面性质的表征方法
• 2.3 新生态二氧化锰主要界面化学性质及结构分析
• 2与βMnO₂的粒径分布、比表面积性质表征'>2.3.1 δMnO₂与βMnO₂的粒径分布、比表面积性质表征
• 2.3.2 样品中二氧化锰以及总锰含量的测定
• 2.3.3 新生态二氧化锰的微观结构
• 2.3.4 IR（红外）谱图分析
• 2.3.5 Zeta电位分析
• 2.4 天然水体的主要水质参数对新生态二氧化锰界面性质的影响
• 2.4.1 NOM对新生态二氧化锰界面性质的影响
• 2.4.2 二价阳离子对新生态二氧化锰界面性质的影响
• 2.5 本章小结
• 第3章 新生态二氧化锰混凝除浊效能及机理
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料与方法
• 3.2.1 实验仪器与材料
• 3.2.2 试验原水配制
• 3.2.3 烧杯混凝试验方法与过程
• 3.3 新生态二氧化锰的混凝除浊效果
• 3.3.1 新生态二氧化锰FM-1对不同浊度原水的混凝效果
• 3.3.2 新生态二氧化锰FM-2对不同浊度原水的混凝效果
• 3.3.3 新生态二氧化锰FM-1与FM-2的混凝效果对比
• 3.3.4 预制的新生态二氧化锰对原水的混凝除浊效果
• 3.4 新生态二氧化锰与传统混凝剂三氯化铁的比较
• 3.5 pH值对混凝过程的影响
• 3.6 机理探讨
• 3.7 本章小结
• 第4章 新生态二氧化锰混凝去除有机微污染物的效能及机理
• 4.1 引言
• 4.2 实验材料与方法
• 4.2.1 实验仪器与材料
• 4.2.2 试验方法
• 4.3 新生态二氧化锰对天然水中有机物的去除效果
• 4.3.1 松花江水水质
• 4.3.2 新生态二氧化锰FM-1对花江水中有机物去除效果
• 4.3.3 新生态二氧化锰FM-2对松花江水中有机物去除效果
• 4.3.4 FM-1与FM-2对松花江水中有机物去除效果对比
• 4.3.5 预制的新生态二氧化锰松花江水中有机物去除效果
• 4.4 新生态二氧化锰对腐殖酸的吸附去除效能及作用机制分析
• 4.4.1 新生态二氧化锰对腐殖酸模拟水样中有机物的去除效果
• 4.4.2 新生态二氧化锰对不同性质腐殖酸的吸附去除效果
• 4.4.3 腐殖酸不同初始浓度下新生态二氧化锰对腐殖酸的吸附去除效果
• 4.4.4 不同阳离子下背景条件新生态二氧化锰对腐殖酸的吸附效果
• 4.4.5 不同pH值条件下新生态二氧化锰对腐殖酸的吸附去除效果
• 4.5 机理探讨
• 4.6 本章小结
• 第5章 新生态二氧化锰混凝去除水中微量金属镉的效能及机理
• 5.1 引言
• 5.2 实验材料与方法
• 5.2.1 实验仪器与材料
• 5.2.2 含镉原水的配制
• 5.2.3 实验及分析方法
• 5.3 新生态二氧化锰对天然水中镉的去除效果
• 5.3.1 新生态二氧化锰FM-1对松花江水中镉去除效果
• 5.3.2 新生态二氧化锰FM-2对松花江水中镉去除效果
• 5.4 新生态二氧化锰对模拟水样中镉的去除效果
• 5.5 pH值对新生态二氧化锰混凝除镉效果的影响
• 5.6 浊度对新生态二氧化锰混凝除镉效果的影响
• 5.7 新生态二氧化锰做助凝剂对水中镉的去除效果
• 5.8 机理探讨
• 5.9 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢