配体交换除砷材料的制备及其除砷的研究

论文摘要

地壳中的砷通过风化、侵蚀、溶解等自然作用以及打井取水、灌溉、采矿、化工等人为活动,已大量释放到天然水中,主要进入地下水,其次进入地表水,含砷浓度的高端范围已达到0.12mg/L以上。砷化合物容易在人体内积累,造成急性或慢性中毒,是造成人类患肺癌、皮肤癌和其它内脏癌症的主要威胁之一。中国、美国、日本以及WTO等均已经把饮用水含砷量标准从0.05mg/L降到0.01mg/L。因此,为了严格控制饮用水中的砷含量,保障人民身体健康,研究和开发新的除砷技术已势在必行。目前脱除水中砷的研究也比较多,但都不同程度存在缺陷,因而限制了其在实际中的应用。因此,探索经济、有效的深度除砷材料和工艺,对含砷饮用源水处理是一项很有价值的课题。本文在对已有除砷方法和工艺进行分析、研究的基础上,旨在利用多孔性、容易改性的分子筛或类似于分子筛的骨架上的笼状结构,将Fe3+通过离子交换吸附,固载在其骨架上,实现改性,再利用改性后的吸附剂具有大的活性表面积,以及砷阴离子与Fe3+的强配位能力,提出一种基于配体交换的固液分离除砷思路。通过实验研究,获得了新的从微量含砷水中去除砷的材料。实验研究中,分别对改性分子筛、改性活性炭以及改性高岭土三种除砷剂载体的合成、改性条件以及除砷剂去除水中As（V）的性能进行了研究,对除砷剂除砷条件、干扰条件和工艺条件和吸附机理等进行了详细的探讨:三种除砷材料均有操作简便、干扰少以及不对环境产生二次污染等特点。其中,改性分子筛和改性活性炭具有除砷后易从水中分离的特点,而改性高岭土除砷剂对水中As（V）的吸附容量在三种除砷材料中最大,处理后的水可达到国家饮用水标准甚至更低,另外从资源综合利用,成本较低,提高环境效益方面考虑,改性高岭土除砷具有重要的意义,有很高的实用价值。除砷剂除砷过程可描述为:扩散-反应-扩散过程,其机理实质是配体交换反应过程。文章最后通过参数设计计算,提出了集中式含砷水除砷装置,为新的深度固液分离除砷方法提出了理论依据和实践基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 砷的环境污染及其危害
• 1.1.1 砷及其毒性
• 1.1.2 砷的在环境中的存在形式及砷污染来源
• 1.2 砷在饮用水中的限值
• 1.3 饮用水砷超标以及地方性砷中毒在世界和我国的分布
• 1.4 饮用源水中砷的去除技术
• 1.4.1 混凝技术
• 1.4.2 吸附技术
• 1.4.3 离子交换技术
• 1.4.4 膜技术
• 1.4.5 生物技术
• 1.4.6 电吸附技术
• 1.4.7 电凝聚法
• 1.5 三价砷的氧化技术
• 1.5.1 三价砷的氧化必要性
• 1.5.2 化学氧化剂氧化
• 1.5.3 阳光催化氧化
• 1.6 课题的研究目的和意义
• 1.7 课题的研究内容和方法
• 第二章 实验中的分析测定方法
• 2.1 砷的分析化学特性
• 2.1.1 酸碱性
• 2.1.2 氧化态
• 2.1.3 络合反应
• 2.2 砷的测定方法
• 2.2.1 滴定法
• 2.2.2 光度法
• 2.3 本实验研究所用砷的分析方法
• 2.3.1 实验仪器、材料
• 2.3.2 测定原理
• 2.3.3 分析方法
• 2.3.4 结果与讨论
• 2.4 溶液中三价铁离子浓度的测定
• 2.4.1 分光光度法
• 2.4.2 EDTA 滴定法
• 第三章 改性分子筛除砷
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验仪器
• 3.1.2 实验试剂
• 3.1.3 分析方法
• 3.1.4 分子筛改性
• 3.1.5 改性分子筛除砷实验
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 未改性的分子筛对砷的吸附平衡时间讨论
• 3.2.2 分子筛改性离子的选择
• 3.2.3 分子筛改性的条件选择
• 3.2.4 改性分子筛对砷的静态实验研究
• 3.2.5 改性分子筛吸附As（V）的吸附动力学
• 3.2.6 改性分子筛对砷的吸附等温式
• 3.2.7 改性分子筛除砷动态柱吸附实验
• 3.3 机理讨论
• 3.4 本章小结
• 第四章 活性炭载铁除砷
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验仪器
• 4.1.2 实验试剂
• 4.1.3 分析方法
• 4.1.4 活性炭改性
• 4.1.5 改性活性炭除砷实验
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 未改性的活性炭对砷的吸附平衡时间讨论
• 4.2.2 活性炭改性条件的选择
• 4.2.3 改性活性炭除砷
• 4.2.4 改性活性炭吸附砷的吸附动力学
• 4.2.5 改性活性炭对砷的吸附等温式
• 4.3 本章小结
• 第五章 高岭土除砷
• 5.1 高岭土
• 5.1.1 高岭土
• 5.1.2 高岭石
• 5.2 高岭土的吸附作用
• 5.3 高岭土除砷
• 5.3.1 实验方法及装置
• 5.3.2 结果与讨论
• 5.3.3 高岭土对砷的吸附动力学
• 5.3.4 高岭土对砷的吸附等温式
• 5.4 本章小结
• 第六章 改性高岭土除砷
• 6.1 实验部分
• 6.1.1 实验仪器
• 6.1.2 实验试剂
• 6.1.3 分析方法
• 6.1.4 高岭土改性
• 6.1.5 改性高岭土除砷实验
• 6.2 结果与讨论
• 6.2.1 高岭土改性
• 6.2.2 改性高岭土对砷的吸附实验
• 6.2.3 改性高岭土对砷的吸附动力学
• 6.2.4 改性高岭土对砷的吸附等温式
• 6.3 本章小结
• 6.4 几种除砷材料的比较
• 第七章 除砷剂除砷工艺设计与初步计算
• 7.1 本文工艺设计采用的方式和理由
• 7.2 除砷装置设计参数
• 7.3 初步工艺设计
• 结论与建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢