CaF2污泥制备介孔材料及其对污染物吸附性能的研究

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针对工业废物中的氟化钙污泥(Calcium Fluoride Sludge,CFS)和废石英砂(Waste Quartz Sand,WQS)处理问题,本文提出了将CFS和WQS回收制备吸附剂的资源化技术。以扩孔技术处理CFS,制备出扩孔氟化钙污泥(Pore-expandedCalcium Fluoride Sludge,ECFS),研究其对亚甲基蓝吸附效果;并以氟化钙污泥和废石英砂为原材料,通过水热法制备沸石材料,研究其对氨氮和重金属的吸附效果,并考察其对污染物的吸附优次顺序。利用氟化钙污泥和废石英砂制备吸附剂,为氟化钙污泥和废石英砂开发了一种资源化技术。以尿素为扩孔剂,在358K条件下,通过气体扩孔法制备ECFS,其孔径为35.9nm。在亚甲基蓝初始浓度为100mg L-1条件下,CFS、ECFS的平衡吸附量分别为13.6和41.0mg g-1,相较于CFS,ECFS对亚甲基蓝的吸附能力更高。孔径的增加,可以提高材料对亚甲基蓝的吸附性能。ECFS对亚甲基蓝的吸附过程属于自发、放热的吸附过程,且吸附速率由化学吸附控制。采用碱融法提取WQS中的硅源,利用WQS的硅源、偏铝酸钠和氟化钙污泥,通过水热法成功制备出一系列的沸石材料CFS-Z。随着CFS量的增加(0-40%),CFS-Z的孔径逐渐减小(18.8-3.9nm),但CFS-Z的BET表面积和孔容逐渐增大,分别从5.5m2g-1和186cm3g-1增大到186m2g-1和0.37cm3g-1。当CFS量≤10%,CFS-Z对NH4+的去除效率可以达到84.1%。当Si/Al=2时,所制备的为沸石A和沸石X的混合物。当Si/Al<2时,所制备的为沸石A。当Si/Al=0.5,CFS量=10%时,所制备的材料CFS-Z对NH4+的去除效率可达到91.5%。CFS-Z对NH4+、Pb2+、Cr3+、Cd2+具有良好的吸附性能。303K条件下,CFS-Z对80mg L-1NH4+的吸附量为25.7mg g-1。当溶液pH=5时,CFS-Z对NH4+去除效率最高,溶液中pH过高或过低都会影响CFS-Z对NH4+去除效率。CFS-Z对NH4+的吸附过程属于自发、放热的吸附过程,且吸附速率由化学吸附控制。当重金属浓度为5mg L-1时,CFS-Z对Pb2+、Cr3+、Cd2+的去除率分别可以达到100%。在混合溶液中,由于水合金属的自由能影响沸石中Na+与金属离子的交换性能,CFS-Z对Cd2+的去除率高于对Cr3+的去除率,低于对Pb2+的去除率。CFS-Z对Pb2+、Cr3+、Cd2+的吸附优次顺序为: Pb2+>Cd2+>Cr3+。
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