【摘 要】
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酸性矿井水具有p H值低、富含SO42-的特点。目前,酸性矿井水的处理方法主要为酸碱中和法,该方法将酸性矿井水中的SO42-当成有害物质简单去除,并未进行资源化利用。本论文利用纳米氢氧化锆（ZrO（OH）2）吸附-再生的基本原理及双极膜电渗析制备酸碱的基本原理开展酸性矿井水提取H2SO4技术研究。酸性矿井水提取H2SO4工艺:（1）预处理:“混凝+石英砂过滤+锰砂过滤”工艺去除酸性矿井水中的悬浮物
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酸性矿井水具有p H值低、富含SO42-的特点。目前,酸性矿井水的处理方法主要为酸碱中和法,该方法将酸性矿井水中的SO42-当成有害物质简单去除,并未进行资源化利用。本论文利用纳米氢氧化锆（ZrO（OH）2）吸附-再生的基本原理及双极膜电渗析制备酸碱的基本原理开展酸性矿井水提取H2SO4技术研究。酸性矿井水提取H2SO4工艺:（1）预处理:“混凝+石英砂过滤+锰砂过滤”工艺去除酸性矿井水中的悬浮物及Fe离子。（2）SO42-吸附-脱附:以纳米ZrO（OH）2为吸附剂,选择性地吸附酸性矿井水中的SO42-,吸附饱和后分离出纳米ZrO（OH）2,加入Na OH溶液使其脱附SO42-再生,并获得脱附液Na2SO4。（3）双极膜电渗析制备H2SO4:采用三隔室构型的双极膜电渗析装置电解脱附液Na2SO4,在阴极室形成Na OH溶液,经电渗析技术浓缩之后用作纳米ZrO（OH）2的再生液,同时在阳极室形成H2SO4溶液。本论文的主要研究内容:（1）预处理实验研究:采用“混凝+石英砂过滤+锰砂过滤”工艺进行酸性矿井水的预处理实验,考察悬浮物及Fe离子的去除效果对纳米ZrO（OH）2吸附SO42-的影响。（2）SO42-吸附-脱附实验研究:以纳米ZrO（OH）2为吸附剂,对SO42-进行静态吸附-脱附实验,考察p H值、SO42-初始浓度及吸附剂投加量对吸附SO42-的影响,Na OH浓度和饱和纳米ZrO（OH）2投加量对脱附SO42-的影响,确定适宜的SO42-吸附-脱附条件。（3）双极膜电渗析制备H2SO4实验研究:以脱附液Na2SO4为原料进行双极膜电渗析制备H2SO4实验,考察离子交换膜性能、膜对数、Na2SO4进料浓度、电流密度及酸碱室初始酸碱浓度对制备H2SO4的影响,确定H2SO4制备的适宜条件。本论文的主要研究结论:（1）预处理实验结果表明:预处理对悬浮物及Fe离子的去除率在90%以上时,不再影响纳米ZrO（OH）2的吸附-再生性能。（2）SO42-吸附-脱附实验结果表明:吸附SO42-的适宜条件为p H=2,SO42-初始浓度为5g/L,吸附剂投加量为30g/L,吸附反应时间为20min,此条件下SO42-吸附率为95%,吸附容量为159mg/g。脱附SO42-的适宜条件为再生液Na OH浓度为60g/L,饱和纳米ZrO（OH）2投加量为350g/L,脱附反应时间为40min,此条件下SO42-脱附率为94%,脱附后形成的Na2SO4溶液浓度为0.55mol/L。（3）双极膜电渗析制备H2SO4实验结果表明:H2SO4制备的适宜条件为膜组数为5对,电流密度为50m A/cm~2,酸碱室初始酸碱浓度为0.15mol/L,双极膜电渗析装置运行时间为60min,此条件下产H2SO4的浓度为0.51mol/L,H2SO4产率为91%,产H2SO4的平均能耗为2.4k W.h.kg-1,平均电流效率为68%。将产生的0.91mol/L的Na OH溶液经电渗析技术浓缩至1.5mol/L后,可用做纳米ZrO（OH）2再生药剂。
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