类水滑石的制备及其对水中硝酸盐的去除研究

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随着人类工农业的发展,世界很多地区的水中硝酸氮含量已经大大超出饮用水的标准。世界卫生组织WHO和美国环保局USEPA都在饮用水水质标准中规定饮用水中NO3-N浓度不得超过10mg/L。众所周知,水中过高的硝酸根浓度对人类、周围环境以及生物有很大的危害。本文对去除地下水中硝酸盐的主要技术(生物反硝化,离子交换、反渗透、电渗析等物化方法以及化学方法)进行了比较,这些常规方法都有其难以克服的缺点,但其中吸附法由于其去除效率高,反应速率快,停留时间短,运行条件简单和经济成本低等而得到广泛的研究。采用共沉淀法合成了一系列二元及三元类水滑石样品及其焙烧态水滑石。根据其吸附硝酸根效果,重点采用分析了实验所需吸附剂-锻烧镁铁及镁铝铁水滑石材料。通过XRD和FT-IR对制得类水滑石吸附前后进行表征检测证实其吸附过程。分别研究了二元及三元类水滑石摩尔比、吸附初始浓度、吸附时间、溶液初始pH值、吸附剂投加量、温度、共存离子等因素对吸附氮效果的影响。探讨了吸附剂对氮的吸附动力学和吸附等温线,并对吸附机理进行了初步讨论。从而得出以下结论:(1)采用共沉淀方法制备多种二元水滑石,其中得出镁铁类水滑石摩尔比为3:1对于硝酸根有最好的吸附效果。综合考虑其吸附去除率及单位吸附量,还有经济环境等影响因素,得出在浓度为100mg/L的硝酸盐溶液中,1.5g/L吸附剂量,pH为8左右,室温下,镁铁类水滑石对于硝酸根有最好的吸附效果,去除率可超过96%。同时探索其他共存阴离子对于镁铁类水滑石吸附影响,可知共存阴离子对镁铁碳酸型CHTlcs吸附硝酸根的影响大小为:PO43->SO42->Cl。在实验数据基础上,镁铁类水滑石对硝酸根的吸附更好地符合Langmuir等温吸附模型及准二级动力学模型;(2)参照二元水滑石相同的制备及实验方法,可得到MgAlFe(3:0.1:0.9)三元类水滑石在浓度为100mg/L的硝酸盐溶液中,1.5g/L吸附剂量,pH为8左右,室温下,镁铝铁类水滑石对于硝酸根有最好的吸附效果。共存阴离子对镁铝铁碳酸型CHTlcs吸附硝酸根的影响大小为:PO-43> SO42->Cl> ClO4-。基于实验数据,对镁铝铁水滑石吸附硝酸根进行等温吸附和动力学数据拟合,结果表明,镁铝铁类水滑石对硝酸根的吸附更为符合Langmuir等温吸附模型及准二级动力学模型。
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