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牡蛎壳制备水质改良剂的研究

林荣晓  
【摘要】:牡蛎壳具有特殊的物理构造,对水体中许多污染物有良好的吸附作用,可利用其制备水质改良剂。本文利用牡蛎壳粉的特殊结构和性质,探讨了其对水体中Cu~(2+)、Zn~(2+)、Pb~(2+)、Cd~(2+)、Cr(Ⅵ)等5种重金属离子吸附性能,并研究了不同改性方法改性的牡蛎壳粉对Cd~(2+)等污染物的吸附效果,在此基础上,开发出以吸附重金属为主的复合水质改良剂,后者经实验验证,对水体中的几种主要污染物具有良好的吸附能力,可用于养殖水质改良。 1)研究牡蛎壳粉对水体中常见重金属离子的吸附性能,实验中分别探讨了牡蛎壳粉在不同添加量、吸附温度、酸碱环境、吸附时间和重金属离子浓度下对水体中Cu~(2+)、Zn~(2+)、Pb~(2+)、Cd~(2+)、Cr(Ⅵ)的吸附情况,并进行牡蛎壳粉吸附动力学、吸附等温线研究和SEM图谱分析。结果显示,牡蛎壳粉的最适宜吸附条件为常温下,添加量1g/L,溶液初始pH值为5.5,吸附时间为24h,此时其对水体中浓度分别为1mg/L的Cu~(2+)、Zn~(2+)、Pb~(2+)、Cd~(2+)、Cr(Ⅵ)等5种重金属离子的去除率分别为84.96%、76.77%、78.57%、51.99%和41.39%,且随着溶液初始浓度的上升,牡蛎壳粉对5种重金属离子的吸附量呈上升趋势,饱和吸附量分别为9.43mg/g、9.65mg/g、9.03mg/g、4.67mg/g和1.83mg/g。牡蛎粉对这5种重金属离子的吸附符合准二级动力学方程和Langmuir等温模型。SEM图谱表明吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Pb~(2+)的牡蛎壳粉表面均有二次固体生成,吸附Cd~(2+)、Cr(Ⅵ)的牡蛎壳粉表面无明显现象。 2)在牡蛎壳粉水溶液中加入十二烷基磺酸钠(SDS),制备了SDS改性牡蛎壳粉,考察了不同SDS添加量、改性时间、改性温度和改性温度对改性效果的影响,通过正交试验探讨最佳改性工艺,结果表明,各改性条件对牡蛎壳粉改性效果的影响主次顺序依次为改性时间>SDS添加量>改性溶液pH>改性温度。最佳改性工艺条件为:SDS用量为牡蛎壳粉质量的15%,改性时间为120min,改性温度为60℃,改性pH值为7。FTIR、SEM和EDS图谱表明SDS对牡蛎壳粉的改性是成功的。改性后的牡蛎壳粉对Cu~(2+)、Zn~(2+)、Pb~(2+)、Cd~(2+)的去除率显著提高,去除率分别可达98.35%、98.01%、93.29%、95.63%。 3)将牡蛎壳粉分别置于200℃、300℃、400℃、500℃、600℃马弗炉中恒温煅烧5h,冷却、过筛,制备了热改性牡蛎壳粉,并对其进行吸附性能研究和表征。结果表明,随着牡蛎壳粉煅烧温度的升高,重金属离子的去除率都有所上升。600℃煅烧后的牡蛎壳粉对浓度分别为1mg/L的Cu~(2+)、Zn~(2+)、Pb~(2+)、Cd~(2+)、Cr(Ⅵ)的吸附率分别可达98.23%、95.41%、95.25%、79.32%、79.35%,FTIR、SEM和EDS图谱表明此时牡蛎壳粉的主要成分为CaCO3和CaO。 4)通过筛选实验选择膨润土为水质改良剂的辅料,将牡蛎壳粉与膨润土按质量比为2:1的比例混合,采用制丸机制备了水质改良剂。经实验证实,其对水体中的Cu~(2+)、Zn~(2+)、Pb~(2+)、Cd~(2+)、Cr(Ⅵ)具有良好的吸附效果,吸附率分别可达96.12%、87.32%、85.31%、88.32%、88.44%。研发出的水质改良剂呈球状,表面粗糙,具有较多的孔隙结构,比表面积增大,有利于对各种污染物质的吸附。


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