研究生知识库

我国锑矿和砷矿资源丰富，其开发利用过程中所产生的锑、砷水环境污染问题十分突出，尤其是近年来我国珠江流域锑、砷污染事故频发，严重危及区域水质安全，急需研发针对锑、砷水环境污染突发事件的应急处置技术，从而在相关突发性事故发生后能迅速反应，采取高效的处置技术方法，减轻甚至消除事故影响，保障流域水环境和饮水安全。然而，迄今针对有关水体锑、砷污染应急去除技术的研究还很少，可用于锑、砷污染水体应急处置的技术储备还十分匮乏。因此，研发高效、经济和环境友好的水体锑、砷污染应急处置技术显得十分迫切。吸附法处理重金属污染，由于简单易行、高效快速、材料来源广泛的优点，在实际应用中备受关注。但由于传统吸附剂主要以粉末态居多，容易随水体流动和沉淀造成二次污染，因此在实际运用中尚存在较大的局限性。本文瞄准河流锑、砷污染应急处置技术需求，研发了新型改性陶粒吸附剂，属大颗粒型吸附剂，更易从河流中清除，具有更大的实用性。通过负载铁氧化物后，提高了对锑、砷的吸附能力，具有较好的应用潜力。本文以颗粒状粉煤灰陶粒为吸附载体，以FeCl3(2.5mol/L)和NaOH(7.5mol/L)混合液为改性剂，研究不同配比的FeCl3和NaOH混合液及不同改性次数对陶粒吸附性能的影响,确定最佳陶粒改性方法。首先通过一系列的静态实验和动态实验研究改性陶粒的吸附性能。然后对陶粒改性前后的理化参数、表面电位进行检测以及对表面特性进行SEM、EDS、XRD表征。最后结合热力学和动力学模型结果推断改性陶粒的吸附机理。本文通过静态实验研究了改性陶粒的吸附性能。研究发现，Sb(V)或As(V)初始浓度=500 μg/L、pH=7.5 ± 0.5、温度=25 ℃、固液比=1 g:50 ml时，改性陶粒的吸附速率较快，在2 min内的吸附效率为35%和56%，并都在270 min时达到吸附平衡；初始浓度越高，改性陶粒的吸附容量越大，反之亦然；固液比越高，改性陶粒的吸附速率越快，吸附容量越大，平衡时间越短；在pH值=4-8之间时，改性陶粒都可取得较好的吸附效果，在该范围之外吸附性能会受到影响；溶液温度在5 ℃-35 ℃间对改性陶粒的吸附性能影响较小，在25 ℃时可取得最佳的吸附效果。其次，通过动态吸附实验探讨改性陶粒在连续流情况下的吸附性能。研究发现，As(V)的动态实验在123.5 h达到了吸附饱和，而Sb(V)的吸附饱和时间为187.5 h。相应地，通过Thomas模型拟合后，As(V)的吸附平衡容量为25 μg/g，与同一初始浓度下静态实验所得结论相当。Sb(V)的吸附平衡容量为91.62 μg/g，远高于同一初始浓度下的平衡吸附容量。最后，通过吸附热力学和动力学实验，结合改性陶粒的理化参数，阐明了改性陶粒的吸附机理。研究表明，改性陶粒的吸附过程属于单层吸附，既有化学吸附过程，也有物理吸附过程，且化学吸附强于物理吸附。物理吸附效应主要是范德华力和静电吸附的共同作用，化学吸附主要是以阴离子形式存在的Sb(V)或As(V)与水合铁氧化物表面的水分子或OH-发生置换，进而达到去除的目的。与传统吸附剂相比，本论文研发的改性陶粒具有几个显著的优点。第一，负载铁氧化物后，改性陶粒吸附容量高、吸附快速，满足应急处理技术要求。第二，改性陶粒粒径大，强度高，具有一定的抗机械磨损能力，在使用过程中相对于粉末型吸附剂，更易于从被处理水体中取出，避免了吸附剂滞留于水体中，产生二次释放的风险。第三，改性陶粒密度小、价格低廉，便于生产和运输。