锰氧化物改性过滤材料对铜和铅离子的吸附研究

论文摘要

在常规污水处理中,由于铁、铝、锰等的氧化物与氢氧化物具有比表面积大、良好的孔结构、电荷密度较高等特点,对水中重金属、有机物等污染物具有较强的吸附作用,利用金属氧化物去除水中污染物的课题,越来越引起人们的研究兴趣。但由于这些氧化物从水中分离出来困难,导致在水处理运行中不能充分发挥这些物质的吸附特性。近年来,在石英砂等载体滤料表面涂覆一层Fe2O3、Al2O3、MnO2等金属氧化物或氢氧化物,用作新型环境材料,已成为国内外环境领域的研究热点。通过改性,将改变原过滤材料表面性质,提高其去除废水中重金属等污染物的能力。本文以铜和铅离子模拟废水为研究对象,研究锰氧化物、锰氧化物改性石英砂和沸石等制备的改性过滤材料MOCS和MOCZ对水中铜和铅离子的去除作用,探讨三种吸附剂对重金属离子的吸附机理。本文采用氧化还原方法制备了锰氧化物吸附剂,并以锰氧化物为改性剂制备了锰氧化物/石英砂（MOCS）和锰氧化物/沸石（MOCZ）改性过滤材料,对三种吸附剂的比表面积、表面形态结构和锰氧化物的物相组成等进行了测定和分析,并对MOCS和MOCZ改性滤料的含锰量、锰氧化物涂层的附着能力和物理化学稳定性能进行了测定和分析。通过对涂层表面性能的分析,认为氧化还原法制备改性滤料行之有效,研制出的改性滤料具有较大的比表面积、较好的机械性能和较高的物理化学稳定性能。分别从静态法方面研究了锰氧化物对铜和铅离子吸附性能,从静态法和动态法方面综合研究了MOCS和MOCZ对铜和铅离子吸附性能。静态法研究包括等温吸附研究,考虑了包括吸附剂用量、pH值、盐浓度、时间、温度和共存金属离子等因素对吸附的影响;探讨了吸附剂的吸附机理,研究了铜和铅离子的吸附热力学和动力学行为。结果表明,吸附量随着溶液pH值的增大而增大,吸附后溶液的pH值降低,表明吸附过程存在表面络合反应和离子交换反应。温度升高,吸附量增大,在318 K时,锰氧化物、MOCS和MOCZ对Cu2+的饱和吸附容量（qm）分别为1.71, 1.64×10-2, 0.156 mmol·g-1,对Pb2+的饱和吸附量分别为2.02, 1.81×10-2, 0.362 mmol·g-1。三种吸附剂对Cu2+和Pb2+的吸附符合Langmuir和Redlich-Peterson吸附等温式,Cu2+和Pb2+吸附反应的?G均为负值,焓变?H为正值,说明该吸附过程是自发的吸热反应。吸附剂对铜、铅离子的吸附动力学过程可分为快速和慢速吸附两个阶段,其吸附过程符合准二级反应动力学模型。主要环境因子（初始浓度、吸附剂粒径和温度）对各重金属的吸附速率均有不同程度的影响。锰氧化物、MOCS和MOCZ对

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述
• 1.1 重金属废水的来源及其危害
• 1.2 水环境中重金属的处理方法
• 1.3 吸附法在废水处理中的应用
• 1.4 锰氧化物矿物在水处理中的应用
• 1.5 改性复合滤料在水处理中的应用
• 1.6 表征方法
• 1.7 吸附模型
• 1.8 小结
• 第2章 选题依据、研究内容和实验设计
• 2.1 选题依据、研究目的和研究内容
• 2.2 材料与方法
• 2.3 实验内容
• 2.4 测试方法
• 2.5 吸附剂表面分析
• 第3章 锰氧化物、MOCS 和MOCZ 的制备
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.3 MOCS 和MOCZ 表面物化性能研究
• 3.4 结果与讨论
• 3.5 涂层形成机理
• 3.6 小结
• ²⁺和Pb²⁺的吸附性能研究'>第4章 锰氧化物对Cu²⁺和Pb²⁺的吸附性能研究
• 4.1 引言
• 2+和Pb²⁺影响因素研究'>4.2 锰氧化物吸附Cu²⁺和Pb²⁺影响因素研究
• 2+和Pb²⁺在锰氧化物表面吸附的热力学研究'>4.3 Cu²⁺和Pb²⁺在锰氧化物表面吸附的热力学研究
• 2+和Pb²⁺在锰氧化物表面吸附的动力学研究'>4.4 Cu²⁺和Pb²⁺在锰氧化物表面吸附的动力学研究
• 2+和Pb²⁺的竞争吸附研究'>4.5 Cu²⁺和Pb²⁺的竞争吸附研究
• 2+和Pb²⁺前后表面结构分析'>4.6 锰氧化物吸附Cu²⁺和Pb²⁺前后表面结构分析
• 2+和Pb²⁺在锰氧化物上的吸附机理－表面络合反应'>4.7 Cu²⁺和Pb²⁺在锰氧化物上的吸附机理－表面络合反应
• 4.8 小结
• 2+和Pb²⁺的吸附性能研究'>第5 章锰氧化物/石英砂（MOCS）对Cu²⁺和Pb²⁺的吸附性能研究
• 5.1 引言
• 2+和Pb²⁺影响因素研究'>5.2 MOCS 静态吸附Cu²⁺和Pb²⁺影响因素研究
• 2+和Pb²⁺的动态吸附影响因素'>5.3 MOCS 对Cu²⁺和Pb²⁺的动态吸附影响因素
• 2+和Pb²⁺在MOCS 表面吸附的热力学研究'>5.4 Cu²⁺和Pb²⁺在MOCS 表面吸附的热力学研究
• 2+和Pb²⁺在MOCS 表面吸附的动力学研究'>5.5 Cu²⁺和Pb²⁺在MOCS 表面吸附的动力学研究
• 2+和Pb²⁺的竞争吸附研究'>5.6 Cu²⁺和Pb²⁺的竞争吸附研究
• 2+和Pb²⁺的动态吸附研究'>5.7 MOCS 对Cu²⁺和Pb²⁺的动态吸附研究
• 5.8 MOCS 表面结构分析
• 5.9 小结
• 2+和Pb²⁺的吸附性能研究'>第6 章锰氧化物/沸石（MOCZ）对Cu²⁺和Pb²⁺的吸附性能研究
• 6.1 引言
• 2+和Pb²⁺的静态吸附实验'>6.2 沸石对Cu²⁺和Pb²⁺的静态吸附实验
• 2+和Pb²⁺的静态吸附实验'>6.3 锰氧化物/沸石（MOCZ）对Cu²⁺和Pb²⁺的静态吸附实验
• 2+和Pb²⁺的动态吸附影响因素'>6.4 MOCZ 对Cu²⁺和Pb²⁺的动态吸附影响因素
• 2+和Pb²⁺在MOCZ 表面吸附的热力学研究'>6.5 Cu²⁺和Pb²⁺在MOCZ 表面吸附的热力学研究
• 2+和Pb²⁺在MOCZ 表面吸附的动力学研究'>6.6 Cu²⁺和Pb²⁺在MOCZ 表面吸附的动力学研究
• 2+和Pb²⁺的竞争吸附研究'>6.7 Cu²⁺和Pb²⁺的竞争吸附研究
• 2+和Pb²⁺的动态吸附研究'>6.8 MOCZ 对Cu²⁺和Pb²⁺的动态吸附研究
• 6.9 MOCS 表面结构分析
• 6.10 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读博士期间发表的学术论文
• 致谢