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随着工业的发展,大量的污、废水排放河流,导致水源水中重金属污染不断加重,给饮用水安全带来了极大的隐患。因此,研究开发有效的去除水中重金属的方法是非常必要的。
沸石在我国储量丰富,价格低廉,作为水处理材料,比表面积大,吸附性能好,离子交换性能强。沸石通过改性后对很多常规水处理工艺中难以去除的有机污染物和重金属有很好的催化去除效果。
本论文以水中常见的重金属污染物铅为吸附质,采用沸石吸附材料研究其液相吸附作用和机理。研究内容分以下几方面:几种沸石吸附去除水中铅的效果比较;沸石吸附动力学和吸附理论模型;沸石的几种改性方法和改性后的沸石对铅的去除效果,反应条件如pH值、初始浓度、干扰物质等对吸附过程的影响;改性沸石的动态去除水中铅的效果及影响;改性沸石的再生方法。
研究结果表明,在静态实验中,河南华清净水材料厂生成的斜发沸石对水中铅的吸附效果最好,理论吸附容量为28.57mg/g,采用Langmuir方程拟合沸石对铅的吸附等温线效果最佳,相关系数R2可达0.99以上,同时吸附速率快,经过100分钟即可达到平衡吸附容量的90%,3个小时就可完全达到吸附平衡。
经NaCl—MnO2改性后的沸石对铅的饱和吸附量最高,经NaOH改性、NaCl改性、MnO2改性后的沸石对铅的吸附量较未改性之前也有一定程度的提高,但经HCl改性后的沸石对铅的吸附量较未改性之前有较大的下降,表明HCl改性不适合于对铅的去除。NaCl—MnO2改性的最佳条件为:沸石与KMnO4和MnSO4溶液凝胶化反应20min,陈化2天,300℃灼烧3h,1mol/LNaCl溶液离子交换。在该条件下,改性沸石对铅的吸附容量为41.49mg/g,较未改性之前提高了45.22%。改性沸石对铅的吸附受pH、干扰离子、有机物等的影响较大,实验的最佳pH值范围为6~7。
将NaCl—MnO2改性沸石装柱研究其在动态条件下对铅的去除效果,结果表明:在动态条件下,当含铅水样的初始浓度为200μg/L,改性沸石对水中铅有良好的去除效果,滤后水中残余的铅浓度均低于10μg/L,同时,过滤周期长,出水水质稳定。滤层高度、水样中铅的初始浓度、滤速等对改性沸石滤柱吸附去除铅均有较大的影响。实验的最佳滤层高度为15cm,最佳滤速为10mL/min。
改性沸石的再生实验表明,选取硝酸作为沸石再生实验的脱附剂,具有良好的再生效果。实验的硝酸最佳浓度为0.1mol/L,在此条件下改性沸石的再生效率可达到99%。经过5个周期的重复使用和再生,其再生效率仍可保持在97%以上。
最后,关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。