纳米复合材料处理高浓度含锰煤矿废水实验研究

论文摘要

煤矿含锰废水是锰在水中污染主要来源之一,随煤矿废水排放不断增加,逐渐对水资源和人类健康造成严重危害。本研究通过将纳米分子筛和硅藻土或高岭土进行合理复配后,掺加复配的絮凝剂制备出多孔复合材料,应用于煤矿废水除锰测试。实验进行了静态与动态两部分测试:静态实验考察了纳米分子筛、硅藻土及高岭土除锰能力和活化条件,以合适方式复配后掺加复配的絮凝剂制备出多孔复合材料,研究接触时间、投加量、废水pH值、Mn2+浓度及Fe3+、SS对除锰的影响,比较复合材料与分子筛对实际废水的处理。结果表明:（1）分子筛对锰去除率可达62.6%,但出水pH高,硅藻土或高岭土对锰去除率低于50.0%;（2）分子筛活化条件为在400℃煅烧1.5 h,硅藻土为600℃煅烧2 h;（3）复合材料制备方法对除锰影响测试结果表明:球磨法制备的复合材料除锰性能较研磨法高,分子筛用量少,方法为分子筛与CD10以3:1球磨30 min后在600℃煅烧3 h;（4）絮凝剂PAC与PAM以1:1复配,用量为3 mg/L;（5）当原水Mn2+浓度为20 mg/L时,接触10 min,复合材料用量0.6 g/L,pH为8左右,去除最佳。Mn3+浓度增加,去除率降低而吸附量增加;废水中Fe3+存在对除锰有不利影响,而SS存在没有显著影响;使用复合材料处理实际煤矿废水较分子筛出水浊度更低,更经济。动态实验中讨论了沉降时间、取水高度、材料投加量、进水量对纳米复合材料除锰性能的影响,确定出最佳工艺参数,比较复合材料和分子筛动态除锰的优缺点,验结果表明:（1）水量为100 L,复合材料用量45 g,水量为200 L,复合材料用量80 g,搅拌10 min后将水抽至沉淀柱分离,出水达到排放标准;沉降45 min,取水高度100 cm处浊度最小;（2）复合材料投加量与水量的比值并不是一个固定值,而是随水量增加减小;（3）与使用分子筛相比,复配后的分子筛使用量减少并且降低了出水浊度。对复合材料进行了XRD、IR表征。通过XRD分析复合材料主要为SiO2、Na（x）Al（y）Si（z）·nH2O、非晶SiO2及石英结构;经过IR分析,硅藻土与分子筛复合时键发生化学反应,有新的结构生成。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 锰废水概况
• 1.2 锰废水的来源
• 1.3 含锰废水的主要处理方法
• 1.3.1 沉淀法
• 1.3.2 氧化过滤
• 1.3.3 生物法
• 1.3.4 铁屑微电解法
• 1.3.5 液膜分离法
• 1.3.6 电解法
• 1.3.7 其他处理方法
• 1.3 实验材料简介
• 1.3.1 分子筛概述
• 1.3.2 硅藻土概述
• 1.3.3 絮凝剂简介
• 1.4 研究复合材料的意义及方向
• 1.4.1 研究复合材料的意义
• 1.4.2 复合材料的研究方向
• 1.5 国内外复合材料的研究现状
• 1.6 纳米复合材料的制备方法
• 1.6.1 物理法
• 1.6.2 化学法
• 1.7 国内外吸附法除锰现状
• 1.8 课题的研究创新之处
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验用水
• 2.3 实验仪器
• 2.4 实验药品
• 2.5 研究内容
• 2.6 实验方法
• 2.6.1 静态除锰实验方法
• 2.6.2 单体材料的活化
• 2.6.3 纳米复合材料的制备方法
• 2.6.4 复合材料活化条件和最优配比的选择
• 2.6.5 絮凝剂复配条件的确定
• 2.6.6 动态实验装置及实验方法
• 2.6.7 材料的分析方法
• 2.6.8 锰的测定方法
• 2.6.9 相关计算
• 第三章 单体材料除锰性能
• 3.1 单体材料的除锰效果
• 3.2 单体材料的活化
• 第四章 纳米复合材料制备方法对除锰的影响
• 4.1 不同方法制备复合材料处理废水中的锰
• 4.1.1 研磨法制备复合材料的条件
• 4.1.2 球磨法制备复合材料的条件
• 4.1.3 不同方法制备复合材料除锰效果比较
• 4.2 复合絮凝剂制备
• 4.2.1 絮凝剂的选择
• 4.2.2 絮凝剂配比
• 4.4.3 絮凝剂用量和静置时间对浊度及锰去除率的影响
• 4.3 复合材料与絮凝剂的复配模型
• 第五章 纳米复合材料静态除锰性能测试
• 5.1 接触时间对除锰效果的影响
• 5.2 复合材料投加量对除锰效果的影响
• 5.3 原水 pH 对复合材料除锰效果的影响
• 5.4 溶液初始浓度的影响
• 5.5 废水中铁（Ⅲ）对复合材料除锰效果的影响
• 5.6 废水中总固体悬浮物（SS）对复合材料除锰效果的影响
• 5.7 复合材料与单体材料对实际煤矿废水的处理效果的对比
• 第六章 纳米复合材料动态除锰性能测试
• 6.1 纳米复合材料动态除锰性能测试
• 6.1.1 沉降时间与取水高度对除锰及浊度的影响
• 6.1.2 复合材料投加量对除锰的影响
• 6.1.3 进水量对除锰的影响
• 6.1.4 复合材料与分子筛动态除锰效果的对比
• 6.2 复合材料处理含锰废水工艺流程
• 6.2.1 处理工艺流程
• 6.2.2 工艺说明
• 第七章 材料的表征
• 7.1 复合材料的XRD 分析
• 7.2 复合材料的IR 分析
• 7.3 含锰废水处理机理初探
• 第八章 结论及建议
• 8.1 结论
• 8.2 建议
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢