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随着工业生产的发展,世界经济的飞速发展,环境污染问题越来越多的被政府和民众所关注。根据污染源形态的不同划分为大气污染、土地污染和水资源污染,这些环境污染都直接对人们的身体健康造成严重的伤害,并将继续危害着人类的生存和发展。鉴于环境及资源条件的日趋恶化,我国在―十二五‖规划和―十三五‖规划中提出加大环保和控制力度,优化资源循环经济的工作指导方针。自2010年以来,我国基础建设减少,而钢铁行业蓬勃发展,高炉渣的排放量基本保持不变。目前,高炉渣目前主要应用于混凝土,其它方面的利用开发仍处于实验阶段,市场形势导致高炉渣问题严峻。如何绿色利用和高炉渣高附加值产品加工必将成为企业和社会关注的重大问题。本论文针对目前水淬高炉渣的过剩堆积而造成的环境污染问题,提出了新的工业固废资源化研究方向。利用水淬高炉渣(blast furnace slag,BFS)为原料合成两种材料,其中一种材料(blast furnace slag acidizing solid,BFSAS)具有质轻、多孔、比表面积大等特点;另一种材料(blast furnace slag acid-alkali precipitation,BFSAP)是一种复合型材料,具有质地轻脆的特点。通过场发射扫描电镜、X射线粉晶衍射、X射线荧光光谱分析、傅里叶红外光谱仪等分析方法对这两种材料进行了表征,指出BFSAS为无定型水合二氧化硅,BFSAP为一种复合型类水滑石,以镁铝两种元素为主。探讨了以BFS、BFSAS和BFSAP等三种材料分别在甲基橙模拟印染废水处理和城市污水厂恶臭气体处理等两个环境治理领域的应用。在甲基橙模拟印染废水处理中,探究了材料投加量、反应温度、pH和染料初始浓度等因素对甲基橙去除率的影响和其它阴离子对甲基橙的竞争吸附影响。在城市污水厂恶臭气体处理中,考察了三种材料对恶臭气体中VOCs的去除效果,利用傅里叶红外光谱仪数据分析了三种材料去除VOCs的反应机理。本论文得到以下主要结论:(1)本研究所用水淬高炉渣主要成分是SiO2、Al2O3、Fe、MgO、CaO,并且含有少量的重金属,如Mn O和TiO2等,其外貌特征蓬松多孔,质地酥脆,呈微黄色,表面有黑色的杂质。经过处理后,获得了不同化学成分的BFSAS和BFSAP。其中,BFSAS为无定型水合二氧化硅;BFSAP主要成分为Mg6Al2(OH)16Cl·4H2O。根据SEM照片可知,高炉渣表面光滑,颗粒形状不一,比表面积0.40m2/g;BFSAS明显的海绵状蓬松外观和微小空隙,比表面积达到245m2/g;而BFSAP呈明显的片层状结构,其比表面积只有3.46 m2/g。(2)以BFSAS为吸附材料处理甲基橙模拟废水,分析了BFSAS的投加量、反应温度、反应时间和废水pH等四种因素对BFSAS处理甲基橙废水效果的影响,得到BFSAS处理甲基橙溶液的最佳条件(BFSAS的最佳投加量为0.1g,最佳反应温度为15℃,最佳反应时间为25min,最佳pH=5.0~7.0),BFSAS对甲基橙的最大吸附量为91mg/g。运用伪一级动力学模型和伪二级动力学模型对不同条件下的去除实验数据进行拟合,拟合结果符合伪二级动力学模型特征。运用Langmuir吸附等温线和Freundlich吸附等温线拟合可知,BFSAP的吸附主要发生在单层吸附。(3)以BFSAP为吸附材料处理甲基橙模拟废水,分析了BFSAP的投加量、反应温度、反应时间和废水pH等四种因素对BFSAP处理甲基橙废水效果的影响,得到BFSAP处理甲基橙溶液的最佳条件(BFSAP最佳投加量为0.1g,最佳反应温度为25℃,最佳反应时间为25min,最佳pH=11~13),BFSAP对甲基橙的最大吸附量为167mg/g。根据拟合结果可知,吸附过程符合伪二级动力学模型特征。根据Langmuir吸附等温线和Freundlich吸附等温线拟合可知,BFSAP的吸附主要发生在单层吸附。(4)通过其它阴离子干扰实验,硫酸盐和磷酸盐有利于BFSAP-MO脱附甲基橙,使得甲基橙的提纯回收和BFSAP再生。(5)根据有机挥发物的特征,本实验中获得的VOCs可分为苯系物、卤代苯和卤代烃等三大类。BFSMP对苯类和卤代苯类VOCs的吸附去除能力最佳,可达到100%;而对于卤代烃类VOCs的去除效果稍弱;对少数的VOCs,BFSMP对其的去除率在10min内达到100%。BFSAS对氯苯、1,2,3-三氯丙烷、1,2,4-三氯苯和4-异丙甲苯的去除效果达到97%~100%,相比较于BFSMP和BFSAS两种材料来说,BFSAP对VOCs的去除性能较弱。VOCs中的苯系物、卤代苯和卤代烃等31种有机气体物质,相互之间必然存在吸附竞争现象,从而导致改性吸附材料在对单项有机气体的吸附率和多项有机气体的吸附率之间存在着很大的差异。由于吸附材料里同样含有不同种类、不同含量的金属离子,这些金属离子能够与有机气体之间发生络合作用。以上研究结果表明,利用水淬高炉渣制备高效吸附剂应用于环境污染控制中,既能充分发挥工业固废资源化利用,又可以在印染废水处理和城市污水厂恶臭气体控制中得到应用,完全符合―以废治废‖的政策指导方针,具有良好的发展前景,有进一步拓展应用方向的研究价值。