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基于非金属矿物材料可作吸附剂应用于工业废水处理,本论文以湿法磷酸生产工艺过程产生的副产物——磷石膏为原料,利用微波技术对磷石膏进行辐照改性,制备处理含重金属废水的改性磷石膏吸附剂,并利用现代分析测试表征手段:XRD、FTIR、TG-DTA、SEM-EDS等探讨改性磷石膏的物相结构、表面特性与吸附性能之间的构效关系。同时以改性磷石膏吸附Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+重金属废水的吸附机制、规律及影响因素为研究重点,探索了利用微波技术改性磷石膏制备吸附剂处理重金属废水的性能。旨在为拓展磷石膏资源化利用途径及其磷石膏在含重金属工业废水处理中的应用提供理论依据和技术基础。论文的主要工作及取得的成果如下:（1）微波辐照改性磷石膏的研究针对改性前磷石膏的孔径以大孔为主、比表面积小的特征,提出了采用微波辐照技术改性磷石膏的思路。实验结果表明采用微波辐照改性磷石膏制备吸附剂的最佳工艺为:辐照时间12min、微波功率950w、微波频率2450MHz。在此工艺参数下微波辐照磷石膏能显著改善磷石膏的比表面积、孔径及孔隙率,辐照改性后的磷石膏经BET氮气脱吸附测试表明,比表面积为55.72 m2/g,总孔容为0.21cm3/g,孔径为 77.04nm。SEM图像分析表明微波辐照改性后的磷石膏颗粒表面粗糙化程度较高,孔隙发达且存在许多表面龟裂。XRD与FTIR的表征分析结果基本一致,均表明微波辐照改性磷石膏物相组成主要是半水硫酸钙（CaSO4·0.5H2O）。（2）微波辐照改性磷石膏吸附Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+影响因素研究根据有色行业重金属废水中Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+的浓度分布范围,模拟配制了 Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+的金属废水体系,研究了 pH值、吸附时间、重金属离子浓度、吸附剂投加量、吸附温度等影响因素对微波辐照改性磷石膏吸附单组份含Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+重金属废水的影响,结果表明影响因素作用于微波辐照改性磷石膏的最佳吸附性能参数为:pH值7～8之间、吸附时间为60min、重金属离子浓度范围为 30mg/L～50 mg/L、吸附剂投加量为0.5g/100mL～1g/100mL、吸附温度范围为25～30℃。同时在单组份重金属废水体系中,微波辐照改性磷石膏对四种重金属离子的吸附强弱依次为Cu2+＞Pb2+＞Zn2+＞Cd2+。（3）微波辐照改性磷石膏吸附多组份等浓度重金属废水竞争机制的研究为了探索微波辐照改性磷石膏吸附多组份等浓度重金属废水的竞争机制。在实验室配制了多组份重金属废水体系,研究表明任意两种重金属离子作为干扰离子时,有Cu2+存在的情况下,均能促进Cu2+的吸附,而在三组份重金属废水体系、四组份重金属废水体系中Zn2+、Pb2+、Cd2+三种中任两种的组合均会阻碍磷石膏对Zn2+、Pb2+、Cd2+这三种金属离子的吸附。这也进一步表明了微波辐照改性磷石膏对Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+的吸附强弱顺序为:Cu2+＞Pb2+＞Zn2+＞Cd2+。（4）Box-Behnken模型响应曲面优化分析改性磷石膏吸附重金属控制因素研究在多组份等浓度重金属废水体系中,通过采用Box-Behnken模型的响应曲面优化模拟分析,预测了影响磷石膏吸附重金属的三个主要控制因素,即吸附剂投加量（A）、金属离子浓度（B）、反应体系pH（C）,并且进一步预测了三个主控因素之间的交互作用对Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+影响的显著性及达到平衡的作用顺序。在多组份重金属废水体系中,采用Box-Behnken模型响应曲面优化的最佳条件为,当pH值=7,吸附剂投加量为0.7g/100mL,重金属离子浓度为50mg/L时,Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+的去除率分别可以达到95%、82%、94%、72%,改性磷石膏对Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+的饱和吸附量分别达到7.5mg/g、6.1mg/g、8.0mg/g、5.1mg/g。（5）微波辐照改性磷石膏吸附Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+机理研究吸附等温线模型研究结果表明,微波辐照改性磷石膏对Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+的吸附符合Freundlich和Langmuir两种吸附等温模型,但其线性相对更好的符合Freundlich吸附等温方程。这也说明了微波辐照改性磷石膏对重金属离子Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+的吸附是介于单层吸附和多层吸附之间。吸附动力学研究表明,微波改性磷石膏对Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+吸附的初始阶段,粒子内扩散模型和Elovich方程都能较好的反映吸附模式。其整个吸附行为符合拟二级动力学方程模型。该吸附作用为物理吸附、化学吸附和吸附一沉淀协同作用的三种形式的共同作用,吸附速率由液膜扩散和粒子内扩散共同控制。吸附热力学结果表明,微波辐照改性磷石膏对Cu2+、Zn2+、Cd2+的吸附过程是吸热过程,且在10～30℃的条件下,温度的升高有利于吸附反应的进行,对Pb2+的吸附过程是放热过程。由此可见,论文系统研究了微波辐照改性磷石膏对Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+重金属废水的吸附机理。利用多种分析测试技术对微波辐照改性前后的磷石膏进行了表征,研究了微波改性磷石膏的实验条件、吸附单组份、多组份等浓度重金属废水的影响因素与竞争机制。同时,采用了 Box-Behnken模型对微波辐照磷石膏吸附Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+的平衡吸附量和去除率进行响应曲面优化分析,考察了反应体系pH值、金属离子浓度、吸附剂投加量三个因子对响应值的影响显著性和交互作用。此外,以吸附等温线模型、动力学吸附模型及热力学模型分析为手段对微波辐照改性磷石膏吸附Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+的吸附机理进行了深入的研究。结果表明微波辐照改性磷石膏去除重金属废水中的Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+在吸附原理和机理上都是可行的,研究成果对磷石膏的资源化及深度综合利用提供了一种新的思路。