水合氧化铈吸附水中三价砷和五价砷的研究

论文摘要

本文从稀土材料的充分利用以及高效除砷吸附材料开发与应用的角度出发,系统的研究了稀土材料水合氧化铈对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的基本吸附性能和反应机理,确定了解吸的最佳条件,并初步探讨了再生吸附效果及动态柱状试验。研究结果表明:水合氧化铈在较宽的pH值范围(4.0～9.0)内对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)均表现出较强的吸附能力,其吸附容量都能达到110 mg/g以上。水合氧化铈吸附As(Ⅲ)的最佳pH值范围为中性偏碱,吸附As(Ⅴ)的最佳pH值范围为弱酸性。无论As(Ⅲ)还是As(Ⅴ),在开始阶段吸附速率非常快,随着时间的延长逐渐达到平衡。水合氧化铈对于As(Ⅲ)与As(Ⅴ)的吸附可以很好地用Langmuir方程式进行定量描述.其吸附接近于单分子层描述的化学吸附。水合氧化铈对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附反应是自发进行的吸热过程,As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的反应标准吸附热分别为22.02 kJ/moL和20.41 kJ/moL。温度对吸附的影响相对较小,在正常季节温度变化范围内能够稳定发挥其吸附特性。水合氧化铈粒径的改变对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附效果影响不大,共存离子对水合氧化铈对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附效果影响也很小。经过TCLP测试证明吸附后的吸附剂对环境不造成二次污染。水合氧化铈的最佳解吸条件为:解吸液选择NaOH溶液,解吸液浓度2mol/L,体积50 mL。As(Ⅲ)和As(Ⅴ)解吸速率都是相当明显的,在1h解吸时间内就可实现砷的最大限度的解吸脱附。再生实验证明水合氧化铈吸附材料具有解吸后重复利用的可行性。通过柱状试验可知,对于As(Ⅲ)和As(Ⅴ)来说,穿透体积分别为180BV和140BV。水合氧化铈材料中的表面活性羟基在As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附中起着重要的作用,其主要吸附反应机理趋向于以化学吸附为主。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 水体中砷的主要来源及砷对人体的危害
• 1.2.1 砷的存在形式及其对人体的危害
• 1.2.2 水体中砷的主要来源
• 1.3 常用的去除饮用水源水中砷的方法
• 1.3.1 混凝沉淀法
• 1.3.2 吸附法
• 1.3.3 离子交换法
• 1.3.4 膜分离法
• 1.3.5 生物法
• 1.3.6 其它方法
• 1.4 稀土元素的性质及在水处理中的应用
• 1.4.1 稀土元素的性质
• 1.4.2 稀土材料在水处理中的应用
• 1.5 研究意义、目标、内容和技术路线
• 1.5.1 研究的意义
• 1.5.2 研究目标
• 1.5.3 研究内容
• 1.5.4 技术路线
• 参考文献
• 第2章 实验材料和方法
• 2.1 实验仪器与材料
• 2.1.1 主要仪器
• 2.1.2 主要试剂
• 2.1.3 实验材料
• 2.1.4 含砷水配制
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 静态吸附实验
• 2.2.2 静态解吸实验
• 2.2.3 再生吸附剂吸附实验
• 2.2.4 动态实验
• 2.2.5 砷的测定方法
• 参考文献
• 第3章 水合氧化铈吸附水中As（Ⅲ）和As（Ⅴ）的性能研究
• 3.1 结果与讨论
• 3.1.1 pH值对吸附效果的影响
• 3.1.2 吸附动力学的研究
• 3.1.3 吸附热力学分析
• 3.1.4 吸附剂粒径对吸附效果的影响
• 3.1.5 共存离子对吸附效果的影响
• 3.1.6 TCLP法测定吸附剂环境毒性
• 3.2 本章小节
• 参考文献
• 第4章 水合氧化铈对砷的解吸试验研究
• 4.1 水合氧化铈对砷的解吸试验研究
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 实验材料的制取
• 4.2.2 解吸液种类的确定
• 4.2.3 解吸液浓度的确定
• 4.2.4 解吸液用量的确定
• 4.2.5 解吸动力学分析
• 4.2.6 解吸后水合氧化铈对As（Ⅲ）和As（Ⅴ）再次吸附性能测试
• 4.3 本章小结
• 参考文献
• 第5章 水合氧化铈吸附柱上砷的吸附与解吸
• 5.1 结果与讨论
• 5.1.1 动态吸附试验
• 5.1.2 吸附柱的计算
• 5.1.3 动态解吸试验
• 5.2 本章小节
• 参考文献
• 第6章 水合氧化铈表征分析及吸附机理研究
• 6.1 结果与讨论
• 6.1.1 水合氧化铈表征分析
• 6.1.2 水合氧化铈吸附砷的机理研究
• 6.2 本章小节
• 参考文献
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 论文创新点
• 7.3 研究中存在的不足之处
• 7.3 展望
• 参考文献
• 论文发表
• 致谢