微波/生物质法解毒铬渣的研究

论文摘要

本文利用微波技术热解农林生物质（玉米秸、稻壳、木屑）产生还原性气氛,将Cr （VI）还原为低毒性的Cr （III）,从而达到解毒铬渣的目的。本文主要从以下四方面探讨解毒铬渣的行为。（1）以重铬酸钾模拟Cr （VI）的来源,通过微波辐照生物质解毒实验,初步探索解毒Cr （VI）的条件。结果表明:在微波功率为800W、作用时间为4min、生物质（稻壳）用量为7.0g、重铬酸钾为1.0g时,Cr （VI）的还原率可达到98%;利用XRD分析解毒后灰渣中铬的存在形式,发现解毒后灰渣中铬主要以Cr2O3的形式存在;对比微波热解的生物质与电炉热解的生物质的微观形貌,发现在微波辐照下裂解的生物质表面较为蓬松,而电炉热裂解的生物质表面较为致密,这说明微波裂解生物质产生气体的速率更快,且气体是从生物质内部向表面扩散。（2）从不同影响因素对铬渣中Cr （VI）的浸出行为进行分析,结果表明铬渣中Cr （VI）的浸出浓度为33.58mg·L-1。通过扫描电镜比较浸出Cr （VI）前后铬渣微观形貌,表明原铬渣颗粒圆滑,表面比较平整致密,而浸出后颗粒表面疏松。铬渣浸出过程,实际上是铬渣颗粒与水充分接触后,由于扩散作用,渣中各种可溶成分溶解到水中的过程。（3）选用农林生物质分别从微波功率、辐照时间、生物质与铬渣的用量比等方面探讨了微波/生物质法解毒铬渣的效果。结果表明在微波功率为800W、辐照时间为6min、生物质和铬渣的质量比为3时,铬渣中Cr （VI）的还原率可达到95%以上。通过实验探讨解毒后铬渣的稳定性,发现浸出的Cr （VI）浓度均小于1.5 mg·L-1,说明利用微波和生物质处理后的铬渣有较好的稳定性。（4）根据铬渣解毒过程的特点初步建立了微波/生物质法解毒铬渣的三阶段气-固相反应理论模型,分析了铬渣中Cr（VI）解毒的机制。通过以上实验探讨可以得出:微波/生物质法解毒铬渣是可行的,并且通过对解毒后铬渣的稳定性分析,说明解毒后的铬渣稳定,达到了国家危险废物的排放标准,对重金属危险废物治理提供了一种研究思路。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 引言
• 1.1 铬渣来源
• 1.2 铬渣的性质及 Cr（VI）的毒性
• 1.2.1 铬渣的性质
• 1.2.2 Cr（VI）的毒性
• 1.3 铬渣的解毒技术和综合利用状况
• 1.3.1 铬渣的无害化治理
• 1.3.2 铬渣的综合利用
• 1.4 生物质能资源
• 1.4.1 生物质能的特点
• 1.4.2 生物质的主要组成
• 1.4.3 生物质的热解特点
• 1.5 环境微波化学技术
• 1.5.1 微波加速化学反应的原理
• 1.5.2 微波技术在化学中的应用
• 1.6 本论文主要研究内容和创新性
• 1.6.1 论文的研究内容
• 1.6.2 论文工作的创新性
• 2 微波/生物质解毒Cr（VI）的研究
• 2.1 生物质选取
• 2.2 生物质的预处理
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 主要材料及仪器
• 2.3.2 实验方法
• 2.4 Cr（VI）浓度标准曲线的绘制
• 2.4.1 Cr（VI）的测定
• 2.4.2 Cr（VI）浓度标准曲线
• 2.5 解毒效果的表征
• 2.6 实验结果与讨论
• 2.6.1 微波功率对解毒 Cr（VI）的影响
• 2.6.2 微波作用时间对解毒 Cr（VI）的影响
• 2.6.3 稻壳用量对解毒 Cr（VI）的影响
• 2.6.4 解毒后含铬灰渣的X 衍射分析
• 2.6.5 微波辐照生物质气相分析
• 2.6.6 微波热解生物质扫描电镜分析
• 2.6.7 电炉热解生物质扫描电镜分析
• 2.6.8 微波/稻壳解毒Cr（VI）后的扫描电镜分析
• 2.7 小结
• 3 铬渣中 Cr（VI）的浸出实验
• 3.1 铬渣的组成及物相分析
• 3.1.1 铬渣的组成
• 3.1.2 铬渣的物相分析
• 3.2 铬渣中Cr（VI）的浸出实验
• 3.2.1 主要材料及仪器
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 铬渣粒径对 Cr（VI）浸出的影响
• 3.3.2 液固比对 Cr（VI）提取的影响
• 3.3.3 温度对 Cr（VI）浸出的影响
• 3.3.4 提取剂pH 值对 Cr（VI）浸出的影响
• 3.3.5 铬渣浸出前后扫描电镜分析
• 3.4 小结
• 4 铬渣解毒实验
• 4.1 主要材料及仪器
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 生物质解毒铬渣实验方法
• 4.2.2 生物质的预处理
• 4.2.3 Cr（VI）的分析方法
• 4.2.4 铬渣的预处理
• 4.2.5 生物质解毒铬渣效果的表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 生物质用量对解毒 Cr（VI）的影响
• 4.3.2 微波功率对解毒 Cr（VI）的影响
• 4.3.3 微波作用时间对不同生物质解毒铬渣的影响
• 4.3.4 铬渣含水量对解毒效果的影响
• 4.3.5 铬渣解毒前后 X 射线衍射分析
• 4.4 解毒后铬渣的长期稳定性分析
• 4.5 解毒机理探讨
• 4.5.1 铬渣还原热力学条件
• 4.5.2 铬渣中 Cr（VI）解毒的动力学行为
• 4.6 小结
• 5 结论及展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：攻读硕士学位期间发表的主要论文