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聚合硫酸铁改性天然沸石的制备及其除氟除砷性能研究

凌铃  
【摘要】: 受自然、社会、经济等条件的制约,我国农村很多地方存在严重的饮水问题。中国已成为世界上饮水型地方性氟、砷中毒流行最广的国家之一,严重危害我国病区人民的身体健康。降氟除砷是改善水质、预防地氟病、地砷病的根本措施,主要有混凝沉淀法、吸附法、离子交换法、膜分离法等。 天然沸石因其比表面积大,价格低廉、无害且原材料易得,被广泛用于饮用水处理的研究中。但天然沸石内部孔道多含其他杂质易形成堵塞,相互连通的程度较差,吸附容量小。为了提高天然沸石的性能,通常采取一定的方法,对天然沸石进行活化改性。聚合硫酸铁是常用的混凝剂,絮凝性能好,可以有效的去除水体中多种污染物,但聚合硫酸铁投入量大,且不可再生。如果能通过一定方法有效增大聚合硫酸铁的比表面积,使其具有一定的寿命,对聚合硫酸铁的进一步发展将有重大的意义。 本文将聚合硫酸铁净水技术和天然沸石净水技术结合起来,以天然沸石为载体,用浸渍法将聚合硫酸铁负载在天然沸石上,使聚合硫酸铁和天然沸石共同发挥功效以达到降氟除砷的目的。本文的主要内容包括:聚合硫酸铁改性天然沸石的制备、聚合硫酸铁改性天然沸石的表征、聚合硫酸铁改性天然沸石的除氟性能测试、聚合硫酸铁改性天然沸石的除砷性能测试。 本文探讨了不同的活性组分、浸渍溶液浓度、浸渍时间、固液比和处理温度对改性天然沸石除氟性能的影响,得到改性天然沸石的最佳制备条件为:浸渍溶液选用自制的固含量为44%的聚合硫酸铁原液,浸渍时间为5小时,天然沸石与浸渍液的固液比为1:5(1g:5ml),处理温度为105℃。 本文采用扫描电镜、能谱分析方法对聚合硫酸铁改性天然沸石进行了表征,发现在合适的条件下对天然沸石进行改性,其表面显微结构发生了明显变化,天然沸石的表面夹杂物被分解,打通了堵塞的孔道,孔隙率和比表面积增大。铁主要通过置换沸石结构中的离子而负载在天然沸石上。X-射线衍射分析还发现,改性后天然沸石中有铁硅氧化合物和氧化铁存在,改性后并未改变天然沸石的基体结构。 对聚合硫酸铁改性天然沸石进行降氟除砷性能研究,研究发现:聚合硫酸铁改性天然沸石静态除氟饱和容量为25mg/g,静态除砷饱和容量为4mg/g。流速、原水浓度和PH值、材料床层高度和用量都会影响改性天然沸石的降氟除砷效果。当停留时间为68s,床层高度为47mm时,聚合硫酸铁改性天然沸石可将5.8mg/L的高氟水的氟浓度降到0.95mg/L,低于国家生活饮用水标准的上限值1mg/L。原水氟浓度降低,可以减少最佳除氟停留时间和降低改性沸石床层高度。当停留时间为3.2s,材料用量为100g时,改性天然沸石可将原水砷浓度为0.1mg/L的含砷水处理至低于国家饮用水标准的上限值0.01mg/L,此时流速可达到2.2L/min,流速减小时,所需的最小材料用量减少。改性天然沸石可适用的PH值范围较大,基本能满足不同高砷水源地区的使用要求。 聚合硫酸铁改性天然沸石具有一定的降氟除砷寿命,动态除氟容量为183μg/g,动态除砷容量为63μg/g。


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