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《吉林大学》 2011年
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改性粘土除氟剂性能及原位除氟实验研究

贾旭  
【摘要】:我国是一个水资源缺乏的国家,地下水是我国城乡生活和工农业用水的重要水源。近年来,许多地区的地下水都受到了不同程度的污染,且呈逐年加剧的趋势,严重威胁到人民饮用水安全及身体健康。 在我国东北部地区地下水中普遍存在氟超标现象,长期饮用高氟水会造成氟斑牙、氟骨病等危害人体健康的疾病。因此,高氟地下水的处理对于解决人民饮水安全具有十分重要的意义。 本文针对东北小城镇地区经济及气候特点,以来源广泛、价格低廉的天然粘土为原材料,通过化学改性制备出一种粘土除氟剂,但是这种除氟剂存在硬度差、易破碎的缺点。为了克服这一缺点,在后期实验中,课题组向除氟剂中加入粘结剂A,最终得到一种具有良好吸附性能和较强硬度的改性粘土除氟剂。通过静态实验考察改性粘土除氟剂的吸附性能,确定其最佳再生条件;同时,利用动态土柱实验研究改性粘土除氟剂的吸附动力学特征,并推导出拟合动力学方程;以东北地区某农村饮水井为例,设计原位除氟模拟实验,考察除氟剂实际除氟效果,并验证拟合动力学方程的有效性;最后,通过电镜扫描及静态吸附动力学研究,探讨改性粘土除氟剂吸附机理。 研究成果主要有以下几点: 1.以实验室前期制备的粘土除氟剂为原料,对其进行硬度改善,其最佳硬度改善条件为:10%的粘结剂A按40%的比例加入到粘土除氟剂中,在150℃的马弗炉中热处理1.5h。 2.在处理含氟水时,改性粘土除氟剂的吸附容量随投加量的减少而增加,当投加量为1g/200ml时,F-在改性粘土除氟剂上的吸附基本达到饱和状态;改性粘土除氟剂的吸附容量随初始溶液F-浓度及温度的升高而增大;弱酸条件下有利于除氟剂对F-的吸附。在实验浓度范围内,改性粘土除氟剂的吸附过程符合Langmuir等温吸附模型。 3.改性粘土除氟剂的最佳再生条件为:选择浓度为0.5%的Al2(S04)3溶液为再生液,将其与改性粘土除氟剂按5:1(体积质量比)的比例浸泡6h。多次再生实验中改性粘土除氟剂被再生10次后,其除氟能力仍能达到原来的85.34%,质量损失率仅为6.3%,表明改性粘土除氟剂具有较长的使用寿命。 4.在不同除氟剂厚度、流速及原水F-浓度条件下,改性粘土除氟剂的动态吸附行为符合双常数速率方程。利用MATLAB软件对实验数据进行拟合,得到了拟合度较好的改性粘土除氟剂动态吸附拟合动力学方程: 5.以东北某农村饮水井为例进行改性粘土除氟剂原位除氟模拟实验,其动力学实验结果与MATLAB拟合动力学方程的理论值较为接近,说明MATLAB拟合动力学方程可以在一定程度上为改性粘土除氟剂的实际应用提供理论依据。 6.对改性粘土除氟剂进行电镜扫描,微观结构图表明:改性粘土除氟剂硬度改善后,其表面孔隙变小,结构排布紧密,除氟剂以往的疏松状态得到了改善。能谱分析结果表明:改性粘土除氟剂吸附和再生主要依靠离子交换和吸附作用。通过研究改性粘土除氟剂静态吸附动力学特征,我们了解到除氟剂静态吸附行为符合准二级反应动力学模型,即F-在改性粘土除氟剂上所发生的反应是包括外部液膜扩散、表面吸附和颗粒内部扩散在内的整个吸附过程。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:X523

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