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纳米净水材料的研究

李素文  
【摘要】:目前饮用水深度处理方法主要有以下几种:粒状活性炭吸附法;臭 氧-粒状活性炭联用法或生物活性炭法;化学氧化法;光化学氧化法; 纳滤、超滤、微滤、反渗透等四种膜分离方法。在上述几种深度处理方 法中,粒状活性炭吸附法能有效地去除水中有机污染物,但对重金属离 子的去除能力有限;化学氧化法与光化学氧化法也只对水中有机污染物 有效;纳滤、超滤、微滤能有效地去除水中悬浮物、胶体、大分子有机 物、细菌与病毒,但对低浓度重金属污染废水处理较难并且不能去除小 分子有机物,D. Bhattacharyya 等研究的微滤膜在处理低浓度重金属污染 废水过程中,膜对镉离子的去除效果并不明显;反渗透对水中重金属污 染物的去除效果总体上可达 95%以上,但却存在着浓差极化、膜结垢及 膜的化学降解与生物降解的缺点。 现行饮用水深度处理方法在具有各自优点的同时也存在着上述诸多 缺点,那么应研究怎样的一种方法或材料,既经济、高效又操作简单? 而且对含各种有害污染物(重金属、有机物、细菌等)的低浓度污水具 有很好的去除效果?这些都是本文需要研究的内容。 第一章讲述了水中各种污染物(重金属、有机物、细菌病毒等)的 危害及其污染现状;介绍了现行水处理技术方法以及各种技术方法中采 用的净水材料,并简述了各种方法、材料在净水效果和净水能力方面的 优缺点。 第二章研究纳米净水材料的制备过程及方法。 第三章通过 XRD、TEM、SEM、氮吸附的测试,对自制纳米净水材料进 行表征,以确定自制纳米净水材料中纳米粒子的组成、纳米粒子的形貌、 纳米粒子的分布状态、纳米粒子与载体的结合情况、纳米净水材料的形    1 WP=65 吉林大学 2004 硕士毕业论文 貌,等等。并根据‘X 射线宽化法’,利用谢乐(Scherrer)公式求得纳米 粒子的平均晶粒度。  第四章净水实验,为了研究材料的净水效果,我们设计了一系列的 对比试验。分别研究了以不同原料(普通铝粉、纳米铝粉)、不同粒子(复 合纳米粒子(Al2O3·H2O和γ-AlOOH), 与 由复合纳米粒子 在450℃温度 下烧结成的纳米 γ- Al2O3及普通粒径的 γ- Al2O3)、不同载体(活性炭 纤维,微晶纤维素和聚乙烯纤维)制备的材料的净水效果比较试验,及 确定了净水效果最佳的纳米净水材料,即以自制复合纳米粒子为主体, 活性炭纤维为载体的净水材料;通过活性炭纤维的净水效果与以活性炭 纤维为载体的纳米净水材料的净水效果比较实验,证明了在自制的净水 材料中,复合纳米粒子起着主要的净水作用,载体活性炭纤维起到了一 定的辅助净水作用;研究了自制纳米净水材料对水中重金属、细菌、有 机物的深度处理。 研究结果表明: 纳米净水材料中,复合纳米粒子的组成为 Al2O3·H2O 和γ-AlOOH, 粒径分别为 3nm,4nm,BET 比表面积 431.7350cm2 / g,孔径 51.2028?, 孔容 0.465368cm3/g。 纳米级的粒径、大的比表面积使其具有较高的表面活性和过剩的表 面能,有利于在其表面上吸附更多的其它粒子,小的孔径和孔容,可起 到截留阻挡的作用,在净水过程中复合纳米粒子起着主要的净水作用; 活性炭纤维作为复合纳米粒子的载体,其上附着的纳米粒子多且分布比 较均匀,由于活性炭纤维本身具有的吸附性使其在净水过程中起到一定 的辅助净水作用,同时,由于所用活性炭纤维单丝直径很小(18-20μ  m),在纳米净水材料中形成交错分布的致密结构,从而对水中的污染物 具有一定的截留阻挡作用。  2 WP=66 吉林大学 2004 硕士毕业论文 纳米净水材料对水中的重金属、细菌、有机物具有很强的去除能力 和较好的去除效果,最大去除率接近 100%。  纳米净水材料成本低,处理流程简单,有望制成便携式净水器,具有 一定的应用前景。 


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