基于反冲洗铁锰泥制备复合吸附剂去除水中Sb(Ⅲ)试验研究

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锑是具有广泛的应用的重金属,在工业领域,对人类和其他生物都具有一定的危害。我国是世界上最大的储备和生产重金属锑(Sb)的国家,尤其是西南部被称为“世界锑都”,该地区受到Sb严重污染。根据国内外对除Sb研究,多采用含铁基材料对Sb进行吸附去除。地下水中铁锰污染在我国分布广泛是常见问题。水资源的短缺对地下水的开采利用,导致处理过程中产生大量的铁锰泥,如何将铁锰泥资源化的利用成为研究热点。铁锰泥的主要成分是铁锰氧化物,是一种现成的铁基材料,本研究针对铁锰泥再利用及对Sb去除问题,探究了铁锰泥(IMP)对Sb(Ⅲ)的吸附效果,并且以其为原料,制备了一种铁锰泥-海藻酸钠-固体Na HCO3新型复合材料吸附剂(FSSG),通过静态试验和动态试验探究其对废水中Sb(Ⅲ)去除效果,并进行了机理分析,研究结果如下:1.通过马弗炉焙烧对IMP进行预处理并进行静态试验、表征分析和吸附机理研究,结果表明:p H对IMP吸附去除Sb(Ⅲ)影响较大,酸性条件有利于吸附,当溶液浓度为20.0mg/L,投加量为0.3 g/L,p H为3.0,25℃、吸附时间为12h,IMP对Sb(Ⅲ)去除率为91.44%,PO43-、Si O32-因竞争吸附使去除率降低;准二级动力学模型和Langmuir等温模型更适合描述吸附过程,且反应吸热,可自发持续进行;结合微观表征分析发现IMP对Sb(Ⅲ)以化学吸附为主,与物理吸附共同控制吸附过程;且IMP不具备完整的晶型结构,主要成分是Fe2O3,比表面积为198.3627 m~2/g,孔隙结构丰富。2.将热处理后的IMP用包埋法与固体NaHCO3制备成多孔隙的复合凝胶球颗粒吸附剂(FSSG)除Sb(Ⅲ),该颗粒机械强度和稳定性较好。研究最佳质量比、影响因素对Sb(Ⅲ)的去除效果的影响,结果表明:铁锰泥、海藻酸钠和固体Na HCO3的最佳质量比为6∶4∶0.1,当浓度20.0mg/L,投加量为3.0g/L,p H为4.0,30℃,反应时间12h,去除率为95.95%,PO43-的存在会抑制吸附反应的发生。3.通过响应曲面法优化FSSG对Sb(Ⅲ)的最佳吸附条件,发现各影响因素对FSSG吸附除Sb(Ⅲ)的影响大小顺序为:A(p H)>C(吸附时间)>B(投加量),并且预测值与试验值的绝对误差为<5%,证实模型可靠。4.准二级动力学模型和Freundlich模型可以描述FSSG对Sb(Ⅲ)吸附过程,说明化学吸附为主,且倾向于多层吸附,可能是由于FSSG表面的粗糙性所致;颗粒内扩散模型表明吸附分为快速吸附、慢速吸附、缓慢吸附至平衡三个阶段,且反应过程吸热、自发、可持续进行;结合表征分析,FSSG发挥吸附能力的主要原因是Sb(Ⅲ)与—OH结构的配位络合反应,吸附过程由化学吸附和物理吸附共同控制。用0.5%的硫酸48h脱附可以达到90%以上的解析率,四次再生后能保持54%左右的去除率。5.通过动态吸附柱试验,填料层高度的增加会使吸附穿透曲线右移且穿透时间延长;进水浓度的增大和进水流速的增加都会加速穿透曲线的穿透;FSSG对Sb(Ⅲ)吸的动态附过程可用数学模型Yoon-Nelson和Thomas描述。综上所述,本研究制备的复合颗粒吸附剂FSSG既有较大的经济意义又有环境保护的现实意义,在工程上有应用价值及前景。
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