金屬鹽改性秸稈對(duì)水中低濃度磷的吸附特征研究

【摘要】：磷是富營(yíng)養(yǎng)化的主要控制因子，目前污水處理廠關(guān)于磷的排放要求即使執(zhí)行一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，也不能滿足地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，因此控制低濃度磷排放具有重要意義。我國(guó)秸稈資源豐富，若能將廢棄或者燃燒的那部分小麥秸稈進(jìn)行適當(dāng)改性，應(yīng)用于低濃度磷廢水治理中，不僅提高秸稈的附加值，而且為解決水體富營(yíng)養(yǎng)化開(kāi)辟一條新途徑。 本文使用堿液-超聲波對(duì)小麥秸稈水解預(yù)處理后，進(jìn)行醚化反應(yīng)，并引入Al~(3+)和Fe~(3+)制備出兩種不同的吸附劑Al-TWS和Fe-TWS，初步分析了它們的改性機(jī)理。并通過(guò)表征分析與靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)探討它們的改性效果，從而選擇改性效果較好的Al-TWS吸附劑進(jìn)一步研究吸附機(jī)理與解吸再生性能。主要的研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下： 1、經(jīng)過(guò)改性后，Al-TWS與Fe-TWS的物理化學(xué)性質(zhì)具有較大的差異。在表面形貌方面，Al-TWS表面凹凸相間的形態(tài)與空腔結(jié)構(gòu)更加明顯；在化學(xué)組成方面，Al-TWS所暴露的活性官能團(tuán)與氧化硅的含量更多；在晶體結(jié)構(gòu)方面，Al-TWS具有更大的結(jié)晶度；在表面電性方面，F(xiàn)e-TWS帶負(fù)電荷，Al-TWS帶正電荷；在熱穩(wěn)定性方面，F(xiàn)e-TWS的熱穩(wěn)定性優(yōu)于Al-TWS。表征分析結(jié)果說(shuō)明了Al-TWS具有更高的吸附性能。 2、靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)證明了Al-TWS對(duì)磷的去除能力遠(yuǎn)高于Fe-TWS，同時(shí)具有較高的吸附容量以及較好的選擇性。在pH4-9，溫度為20-50℃范圍內(nèi)，吸附后水體中鋁的殘留濃度未超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定生活飲用水中鋁的限值0.2mg·L-1，說(shuō)明Al-TWS具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 3、Al-TWS對(duì)磷的吸附過(guò)程符合Freundlich吸附等溫模式與偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)模式，說(shuō)明該吸附過(guò)程是介于單層或多層吸附之間，以化學(xué)吸附為主，屬于優(yōu)惠吸附。顆粒內(nèi)擴(kuò)散方程的擬合效果較好，說(shuō)明Al-TWS對(duì)磷的吸附是由膜擴(kuò)散和顆粒內(nèi)擴(kuò)散的速率共同決定。熱力學(xué)參數(shù)表明Al-TWS對(duì)磷的吸附是一個(gè)吸熱、自發(fā)，由化學(xué)吸附和物理吸附共同控制的過(guò)程。 4、Al-TWS吸附磷的主要機(jī)理有：規(guī)則有序的表面形態(tài)與發(fā)達(dá)的空腔結(jié)構(gòu)的物理因素；靜電吸附作用；氫鍵作用下，-OH基團(tuán)易與磷酸根離子結(jié)合；游離OH-參與的離子交換反應(yīng)；氧化硅與磷酸根離子在鋁鹽的網(wǎng)捕作用下生成混合磷酸鹽晶體。 5、硫酸、氫氧化鈉、氯化鈉、氯化鎂這四種解吸劑中，硫酸與氫氧化鈉對(duì)Al-TWS吸附磷的解吸效果較好。經(jīng)硫酸和氫氧化鈉解吸后，Al-TWS的化學(xué)結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生太大的變化，說(shuō)明其具有一定的再生能力。但是隨著再生次數(shù)的增多，再生吸附能力降低。 【關(guān)鍵詞】：秸稈 金屬鹽 吸附 低濃度磷
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：X703
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 緒論13-26
• 1.1 水體富營(yíng)養(yǎng)化13-14
• 1.2 低濃度含磷配水的來(lái)源與形式14-15
• 1.3 廢水深度除磷的意義15-16
• 1.4 吸附法在水溶液除磷技術(shù)中的應(yīng)用16-18
• 1.5 農(nóng)作物秸稈的研究現(xiàn)狀18-23
• 1.5.1 農(nóng)作物秸稈的組份18-20
• 1.5.2 農(nóng)作物秸稈的改性20-23
• 1.6 本論文的研究意義、目的和內(nèi)容23-26
• 1.6.1 本論文的研究意義與目的23-24
• 1.6.2 本論文研究的主要內(nèi)容24-26
• 第二章 鋁鹽與鐵鹽改性秸稈吸附劑的制備26-36
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料與方法26-30
• 2.1.1 小麥秸稈的來(lái)源26
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)試劑及實(shí)驗(yàn)儀器26-28
• 2.1.3 測(cè)定方法28-29
• 2.1.4 吸附實(shí)驗(yàn)方法29-30
• 2.2 改性秸稈吸附劑的制備30-35
• 2.2.1 改性秸稈吸附劑的制備方法30
• 2.2.2 改性秸稈組份分析30-31
• 2.2.3 金屬鹽投加量的單因素實(shí)驗(yàn)分析31-33
• 2.2.4 改性機(jī)理分析33-35
• 2.3 本章小結(jié)35-36
• 第三章 鋁鹽與鐵鹽改性秸稈的表征分析與吸附研究36-50
• 3.1 實(shí)驗(yàn)試劑與實(shí)驗(yàn)儀器36
• 3.2 實(shí)驗(yàn)方法36-38
• 3.2.1 材料表征方法36-37
• 3.2.2 靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)方法37-38
• 3.3 表征結(jié)果分析38-44
• 3.3.1 外觀色澤變化38-39
• 3.3.2 掃描電鏡分析39-40
• 3.3.3 紅外光譜分析40-41
• 3.3.4 X 射線衍射分析41-42
• 3.3.5 Zeta 表面電位分析42
• 3.3.6 熱重分析42-44
• 3.4 靜態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析44-49
• 3.4.1 吸附劑投加量對(duì)吸附低濃度磷的影響44-45
• 3.4.2 PH 對(duì)吸附低濃度磷的影響45-46
• 3.4.3 吸附前后 PH 的變化46-47
• 3.4.4 環(huán)境介質(zhì)對(duì)吸附低濃度磷的影響47-48
• 3.4.5 初始磷濃度與溫度對(duì)吸附低濃度磷的影響48-49
• 3.5 本章小結(jié)49-50
• 第四章 鋁鹽改性秸稈對(duì)磷的吸附機(jī)理研究50-67
• 4.1 實(shí)驗(yàn)試劑與實(shí)驗(yàn)儀器50
• 4.2 實(shí)驗(yàn)方法50-51
• 4.3 吸附熱力學(xué)與吸附動(dòng)力學(xué)研究的主要模式51-54
• 4.3.1 吸附等溫線的擬合51-52
• 4.3.2 吸附焓變、熵變和自由能變52
• 4.3.3 吸附動(dòng)力學(xué)模型的擬合52-53
• 4.3.4 活化能的計(jì)算53-54
• 4.4 吸附熱力學(xué)與吸附動(dòng)力學(xué)方程的結(jié)果與討論54-61
• 4.4.1 吸附等溫線方程54-55
• 4.4.2 吸附焓變、熵變和自由能55-56
• 4.4.3 不同初始濃度的吸附動(dòng)力學(xué)方程56-58
• 4.4.4 不同溫度的吸附動(dòng)力學(xué)方程58-59
• 4.4.5 顆粒內(nèi)擴(kuò)散方程59-60
• 4.4.6 活化能的計(jì)算60-61
• 4.5 掃描電鏡分析61-62
• 4.6 紅外光譜分析62-63
• 4.7 X 射線衍射分析63
• 4.8 pH 因素的吸附特征研究63-64
• 4.9 吸附機(jī)理研究64-65
• 4.10 本章小結(jié)65-67
• 第五章 鋁鹽改性秸稈對(duì)磷的解吸再生研究67-71
• 5.1 實(shí)驗(yàn)試劑與實(shí)驗(yàn)儀器67
• 5.2 實(shí)驗(yàn)方法67
• 5.3 解吸原理67-68
• 5.4 結(jié)果與討論68-70
• 5.4.1 溫度與解吸劑對(duì)解吸效果的影響68
• 5.4.2 解吸劑濃度對(duì)解吸效果的影響68-69
• 5.4.3 溶液體積對(duì)解吸效果的影響69
• 5.4.4 吸附再生69-70
• 5.5 本章小結(jié)70-71
• 結(jié)論與展望71-74
• 結(jié)論71-73
• 展望73-74
• 參考文獻(xiàn)74-84
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果84-85
• 致謝85-86
• 附件86

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