復(fù)合累托石顆粒材料的制備及處理銅冶煉工業(yè)廢水的研究.pdf

1、論文在大量文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上，對(duì)水淬渣—累托石、粉煤灰—累托石顆粒吸附材料的合成和應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)的研究：首次以水淬渣、粉煤灰工業(yè)廢渣為骨料，以累托石作為粘結(jié)劑，以工業(yè)淀粉作為發(fā)泡劑，探索了復(fù)合非金屬顆粒吸附材料制備工藝條件，運(yùn)用XRD、SEM、FTIR、TG等分析與測(cè)試手段對(duì)其進(jìn)行了表征；研究了復(fù)合非金屬顆粒吸附材料在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)條件下對(duì)銅冶煉工業(yè)廢水中多種不同濃度重金屬離子的競(jìng)爭(zhēng)吸附/解吸規(guī)律；研究了復(fù)合非金屬顆粒吸附材料去除銅冶煉工業(yè)廢

2、水中重金屬離子的吸附動(dòng)力學(xué)方程、吸附熱力學(xué)參數(shù)及吸附作用機(jī)理。主要研究成果如下： 一、顆粒吸附材料的制備及表征 1、水淬渣—累托石顆粒吸附材料制備工藝條件為：水淬渣與累托石的比例為1:1，另加入10％的添加劑(工業(yè)淀粉)和50％的水，造粒焙燒溫度為400℃，制成的顆粒吸附材料吸附效果好，散失率低。TG圖譜分析表明主要是失去累托石中的吸附水和層間水；XRD圖譜分析說(shuō)明其物相組成未發(fā)生變化；SEM圖像顯示微孔結(jié)構(gòu)非常明顯，孔

3、道分布均勻廣泛，形狀規(guī)則，孔徑最小約5μm，最大約80μm，90％的孔徑在30～50μm之間；該材料的顯氣孔率為62.29％，吸水率為58.82％，體積密度為1.06 Kg/m3，抗壓強(qiáng)度為2.22 MPa。 2、粉煤灰—累托石顆粒吸附材料制備工藝條件為：粉煤灰與累托石的比例為1:1，另加入15％的添加劑(工業(yè)淀粉)和50％的水，造粒焙燒溫度為500℃。制成的顆粒吸附材料吸附效果好，散失率低。TG圖譜分析表明主要是失去累托石中的

4、吸附水和層間水：XRD圖譜分析說(shuō)明其物相組成未發(fā)生變化；SEM圖像顯示微孔結(jié)構(gòu)非常明顯，孔道分布均勻廣泛，形狀規(guī)則，孔徑最小約5μm，最大約70μm，80％的孔徑在20～50μm之間；該材料的顯氣孔率為64.93％，吸水率為68.49％，體積密度為0.95 Kg/m3，抗壓強(qiáng)度為2.15 MPa。 3、水淬渣-累托石顆粒吸附材料與粉煤灰-累托石顆粒吸附材料比較，其除銅效率及散失率相差無(wú)幾，但是，制備水淬渣-累托石顆粒吸附材料的焙

5、燒溫度較低，添加劑的使用量較小，應(yīng)用于實(shí)際，其生產(chǎn)成本明顯低于粉煤灰-累托石顆粒吸附材料。 二、顆粒吸附材料靜態(tài)處理銅冶煉工業(yè)廢水及其再生利用 1、水淬渣-累托石顆粒吸附材料去除銅冶煉工業(yè)廢水中重金屬的適宜條件及處理效果為：在未調(diào)節(jié)銅冶煉工業(yè)廢水pH值的條件下，顆粒吸附材料用量為0.05g/cm3，反應(yīng)時(shí)間為40min，溫度為25℃(常溫)，Cu2+、pb2+、Zn2+、Cd2+、Ni2+的去除率分別為98.2％、96.

6、3％、78.6％、86.2％、64.2％，處理后的殘留濃度均低于國(guó)家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-1996)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。 2、粉煤灰-累托石顆粒吸附材料去除銅冶煉工業(yè)廢水中重金屬的適宜條件及處理效果為：在未調(diào)節(jié)銅冶煉工業(yè)廢水pH值的條件下，顆粒吸附劑用量為0.07g/cm3，反應(yīng)時(shí)間為60min，溫度為25℃(常溫)，Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+、Ni2+的去除率分別為98.9％、97.5％、96.7％、90.2％、7

7、9.1％，處理后的殘留濃度均低于國(guó)家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-1996)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。 3、顆粒狀水淬渣-累托石、粉煤灰-累托石吸附材料對(duì)銅冶煉工業(yè)廢水中重金屬的去除率略比粉狀的低，但是顆粒狀吸附材料易于固液分離，能夠重復(fù)利用。 4、用掃描電子顯微鏡對(duì)正交試驗(yàn)最佳吸附條件下吸附飽和的水淬渣-累托石、粉煤灰-累托石顆粒吸附材料進(jìn)行形貌分析，沒(méi)有出現(xiàn)模糊、微孔被堵等現(xiàn)象，說(shuō)明水淬渣-累托石、粉煤灰-累托石在焙燒過(guò)程中燒結(jié)較

8、好，遇弱酸性銅冶煉工業(yè)廢水沒(méi)有發(fā)生分散、粉化現(xiàn)象。 5、用1mol/L NaCl溶液對(duì)正交試驗(yàn)最佳吸附條件下吸附飽和的水淬渣-累托石顆粒吸附材料進(jìn)行解吸再生效果最好；經(jīng)過(guò)6次再生和重復(fù)使用，處理后的廢水中Cu2+、pb2+、Zn2+、Cd2+、Ni2+的殘留濃度均低于國(guó)家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-1996)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)量?jī)H損失2.2％，抗壓強(qiáng)度僅損失4.05％，說(shuō)明造粒效果較好。 6、用1mol/L NaCl溶液對(duì)

9、正交試驗(yàn)最佳吸附條件下吸附飽和的粉煤灰-累托石顆粒吸附材料進(jìn)行解吸再生效果最好；經(jīng)過(guò)6次再生和重復(fù)使用，處理后的廢水中Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+、Ni2+的殘留濃度均低于國(guó)家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-1996)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)量損失為2.6％，抗壓強(qiáng)度損失為4.65％，說(shuō)明造粒效果也比較好。 7、再生的水淬渣—累托石顆粒吸附材料的抗壓強(qiáng)度與質(zhì)量的損失率比再生的粉煤灰-累托石顆粒吸附材料的略小，說(shuō)明水淬渣-累托石顆粒

10、吸附材料的造粒效果更好一些。 三、顆粒吸附材料動(dòng)態(tài)處理銅冶煉工業(yè)廢水及其再生利用 1、用水淬渣-累托石顆粒材料填充的吸附柱處理銅冶煉工業(yè)廢水，以《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)為依據(jù)，流速為2mL/min和3ml/min、穿透時(shí)間為48h和30h時(shí)，總交換吸附容量分別為3.785mg/g和3.207mg/g，分別通過(guò)了378.95倍和355.26倍柱體積的銅冶煉工業(yè)廢水，處理后的水中Cu2+、pb2+、Zn

11、2+、Cd2+、Ni2+的殘留濃度均能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。 2、用粉煤灰—累托石顆粒材料填充的吸附柱處理銅冶煉工業(yè)廢水，以《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)為依據(jù)，流速為2mL/min和3mL/min、穿透時(shí)間為46h和28h時(shí)，總交換吸附容量分別為3.313mg/g和2.996mg/g，分別通過(guò)了363.16倍和331.58倍柱體積的銅冶煉工業(yè)廢水，處理后的水中Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+、Ni2+的殘留濃度均

12、能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。 3、入水流速越小，交換吸附容量越大，處理效果越好。低流速條件下，重金屬離子與水淬渣—累托石、粉煤灰—累托石顆粒材料有較長(zhǎng)的接觸時(shí)間，從而增加了交換吸附容量。 4、以《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)為依據(jù)，相同的試驗(yàn)條件下，水淬渣—累托石顆粒材料比粉煤灰—累托石顆粒材料的交換吸附容量要大些，處理的銅冶煉工業(yè)廢水量要多些。 5、用1mol/LNaCl溶液作為解吸劑，在流速為12mL/m

13、in、流過(guò)時(shí)間為4小時(shí)的條件下，再生的水淬渣—累托石顆粒材料和粉煤灰—累托石顆粒材料的交換吸附容量分別可以達(dá)到新鮮材料的95.53％和93.69％，活性幾乎完全恢復(fù)。 6、經(jīng)過(guò)6次的再生和重復(fù)使用，水淬渣—累托石顆粒材料對(duì)重金屬離子的交換吸附容量只降低了3.14％，粉煤灰—累托石顆粒材料對(duì)重金屬離子的交換吸附容量降低了3.42％，水淬渣—累托石顆粒材料對(duì)重金屬離子的交換吸附容量的變化比粉煤灰—累托石顆粒材料對(duì)重金屬離子的交換吸附

14、容量的變化要小些。說(shuō)明所制的顆粒材料重復(fù)吸附處理銅冶煉工業(yè)廢水中重金屬的效果較好。 四、顆粒吸附材料對(duì)銅冶煉工業(yè)廢水中重金屬離子的吸附作用機(jī)理 1、無(wú)論是在靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)試驗(yàn)條件下，水淬渣—累托石顆粒吸附材料對(duì)銅冶煉工業(yè)廢水中的Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+、Ni2+的吸附選擇性依次為：Zn2+>Cu2+>Ni2+>Cd2+>Pb2+，對(duì)Zn2+、Cu2+有很好的選擇性。其吸附過(guò)程符合Freundlich吸附等溫方

15、程qe=1.06Ce0.47，吸附基本符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程Ct=Co x e-kt，即lnCcu2+=-0.0112t-2.2895，lnCpb2+=-0.0126t-3.1407，lnCzn2+=-0.0074t+0.4714，lnCcd2+=-0.0047t-1.0888，lnCNi2+=-0.0038t-0.3713，說(shuō)明液膜擴(kuò)散為吸附過(guò)程的主控步驟；吸附熱力學(xué)參數(shù)為：△H=-12.91kJ/mol，△S=-29.14J/(k·

16、mol)，△G=-4.21 kJ/mol，熱力學(xué)數(shù)據(jù)表明吉布斯自由能的減少是水淬渣—累托石顆粒吸附材料吸附銅冶煉工業(yè)廢水中重金屬的主要推動(dòng)力。 2、無(wú)論是在靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)試驗(yàn)條件下，粉煤灰—累托石顆粒吸附材料對(duì)銅冶煉工業(yè)廢水中的Cu2+、pb2+、Zn2+、Cd2+、Ni2+的吸附選擇性依次為：Zn2+>Cu2+>Ni2+>Cd2+>Pb2+，對(duì)Zn2+、Cu2+有很好的選擇性。其吸附過(guò)程符合Freundlich吸附等溫方程qe=

17、1.02Ce0.49，吸附基本符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程Ct=Co x e-kt，即lnCcu2+=-0.0094t-1.4342，lnCpb2+=-0.0166t-2.1868，lnCLn2+=-0.0082t+0.2111，lnCcd2+=-0.0029t-1.1958，lnCNi2+=-0.0025t-0.4744，說(shuō)明液膜擴(kuò)散為吸附過(guò)程的主控步驟；吸附熱力學(xué)參數(shù)為：△H=-11.98kJ/mol，△S=-26.82J/(k·mol)