基于海水淡化脱硼剂的研究与开发

【摘要】：反渗透海水淡化技术是解决淡水资源短缺的重要途径,但是目前反渗透海水淡化脱硼效果并不理想,淡化水中硼含量超标较为严重。有研究表明,硼的过量摄取或灌溉水中硼含量过高,会危害人体健康和作物生长。因此,研究和开发吸附容量高、成本低的脱硼吸附剂具有现实意义。本论文不仅研究了市场上两种典型硼吸附树脂(LSC-800型、ZXC-700型)的脱硼特性,还制备了一种具有较高吸附容量的Ni(OH)_2/壳聚糖复合吸附剂,并将这种新型脱硼剂用于对水中硼的吸附研究。主要研究内容及结果如下:1.考察了六水合氯化镍/壳聚糖配比、乙酸用量、温度对Ni(OH)_2/壳聚糖复合吸附剂性能的影响,优化制备工艺条件。试验结果表明,六水合氯化镍和壳聚糖的最佳配比为7:1,温度和乙酸用量对制备效果影响不大。2.通过静态批次吸附实验,分别研究了LSC-800树脂、ZXC-700树脂和Ni(OH)_2/壳聚糖复合吸附剂在不同接触时间、初始pH值、吸附剂用量、温度、硼初始浓度的条件下对水溶液中硼的吸附情况,进而分析了上述三种硼吸附剂对硼的吸附等温线和动力学特性。结果表明,LSC-800树脂和LSC-700树脂对硼的吸附均在120 min基本达到平衡,最佳pH值分别为9和8;Ni(OH)_2/壳聚糖复合吸附剂4 h后基本完成硼吸附,最佳pH值为8。LSC-800树脂和ZXC-700树脂对硼的吸附均符合Freundlich等温吸附方程,而Ni(OH)_2/壳聚糖复合吸附剂对硼的吸附符合Langmuir等温吸附方程。这三种脱硼材料的吸附动力学均符合伪二级方程,且升高温度有利于吸附的进行。3.利用Yoon and Nelson模型和Thomas模型对动态吸附柱吸附过程进行了探讨。结果表明,Thomas模型能够较好地描述LSC-800树脂和ZXC-700树脂动态吸附硼的行为,计算得到的最大吸附量分别为31.83 mg/g和29.60 mg/g;而Yoon and Nelson模型能够较好地描述Ni(OH)_2/壳聚糖复合吸附剂对硼的吸附行为,计算得到的最大吸附量为6.87 mg/g。4.研究了模拟海水中Na~+、K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Cl~-和SO_4~(2-)等竞争离子对LSC-800树脂、ZXC-700树脂和Ni(OH)_2/壳聚糖复合吸附剂除硼性能的影响。结果表明,K~+对吸附剂脱硼影响不大,而Ca~(2+)、Mg~(2+)、Na~+、Cl~-和SO_4~(-2)的存在对吸附剂脱硼有负面影响。5.上述三种吸附剂经反复再生10次后,其吸附容量仍基本不变。Ni(OH)_2/壳聚糖复合吸附剂在偏碱性溶液中,镍离子释放率低。