混凝吸附范文

混凝吸附范文（精选8篇）

混凝吸附 第1篇

1 工艺原理

在当前废水处理领域中, 活性污泥法由于自身的优越性而被广泛的应用, 成为目前应用最广泛的技术之一, 一般把活性污泥作用分为三步:第一步, 在活性污泥与废水接触的初期, 通过附聚、吸附、吸收作用使水中有机物含量迅速降低;第二步, 活性污泥对有机物的氧化分解, 用来使细菌生长, 维持微生物的新陈代谢[2];第三步, 沉淀分离。其中第一步是物理、化学、生物作用共同产生的结果, 这一过程的综合作用——附聚、吸附、吸收作用称为生物吸附。利用污泥絮体的强吸附作用, 吸附废水中的污染物质和难降解物质;同时补充一定量的混凝药剂进行混凝反应, 反应后的混合液进入吸附沉淀池进行沉淀分离。沉淀污泥回流至再生段再生, 再生后再进行吸附。水体对各种污染物具有一定的“自净”作用, 能硝化降解部分有毒物质, 但大多数有毒污染物在被微生物分解时速度很慢, 且不彻底, 它们在环境中停留时间较长, 对人类潜伏的环境影响较大, 这类物质包括染料、卤化烃、芳烃类化合物等, 成为有毒难降解的污染物, 生物吸附作用是生物反应器中疏水性有毒难降解有机物的一个非常重要的去除途径。

2 工艺流程

生物吸附+化学混凝预处理工艺流程见图1虚线框中的部分。

来自调节池进水与生物再生池的回流污泥一起进入生物吸附池, 在生物吸附池中, 废水在一定的停留时间和氧气的作用下, 废水中部分非溶解有机物如不溶解染料、碱性物质被污泥快速吸附, 通过微生物的代谢作用, 有机物被稳定化, 使有机物含量和pH值有较大幅度的降低。再利用混凝剂与废水混合同时发生化学反应, 利用双电层压缩、吸附电中和、吸附架桥及沉淀物网捕的作用与水中的细小颗粒物质和胶体状物质共同形成矾花[3], 随着搅拌的作用, 矾花不断长大, 经过分离沉淀段时自然沉降, 达到去除废水中污染物质的作用。沉淀池出水进入后继的生化处理系统进行下一步的处理;沉淀池沉淀下来的污泥, 一部分进入生物再生池进行再生, 一部分作为剩余污泥进入污泥处理系统进行处理。

3 生物吸附再生的特点

1) 生物吸附再生段中存活大量的细菌, 而且还不断地进行繁殖、适应、淘汰、优选等过程, 从而能够培育出适应性和活性都很强的微生物群体, 本工艺不设初沉池, 使原废水中的微生物全部进入系统, 使吸附再生段成为一个开放式的生物动力学系统。2) 生物吸附再生段负荷较高, 有利于增殖速度快的微生物增长繁殖, 而且在这里成活的只能是抗冲击能力强的原核细菌, 其他微生物都不能存活。3) 废水经生物吸附再生段处理后, 废水的可生化性大大提高, 有利于后续处理单元的工作。4) 生物吸附再生段污泥产率较高, 吸附能力强, 重金属、难降解物质等等都可以通过污泥的吸附作用而得到去除。5) 生物吸附再生段对有机物的去除, 主要是靠污泥絮体的吸附作用, 生物降解只占1/3左右, 由于物理化学作用占主导作用, 因此, 吸附段对毒物、pH值、负荷以及温度的变化都有较强的适应性, 抗冲击能力强。6) 生物吸附再生法辅以混凝沉淀法结合使用可以强化去除污染物的效果, 同时克服单纯混凝沉淀法投加药剂量大的缺点, 运行费用较低。7) 为了保证污泥的吸附能力, 可以由后继生化处理系统, 补充部分二沉池污泥进入生物吸附段, 运行管理方便灵活。

4 运行效果分析

2005年8月竣工的天津田歌纺织有限公司废水处理工程采用该预处理工艺处理印染废水。其处理规模为4 500 m3/d, 出水达到GB 4287-92纺织染整工业水污染物排放标准第三时段之一级排放标准。该工程采用“生物吸附再生池+沉淀池+厌氧水解池+活性污泥池+接触氧化池+二沉池”的工艺流程, 连续运行一年来, 出水排放始终达标, 投加硫酸亚铁 (有效成分) 的量仅约为60 mg/L。

根据该工程一年来运行的实际情况及其监测分析数据来看, 采用生物吸附+化学混凝法作为在生化处理之前的预处理工艺可以起到比较好的处理效果, 对于CODCr的去除率在40%左右, BOD5的去除率约为22%, SS的去除率约为48%。

2006年5月在广东森洋环境保护工程设备公司进行了处理规模为7.2 m3/d的印染废水的中试试验。从中试的结果来看, 以生物吸附再生+化学混凝法作为在生化处理之前的预处理工艺可以有效的降低有毒难降解污染物的浓度, 对后继的生化处理是非常有利的。

在整个中试运行的过程中, 该系统对污染物的去除效率稳定, 基本保持在35%～45%之间。在进水CODCr的浓度高达1 700 mg/L～1 800 mg/L时, 其去除率仍可以达到36%;在进水浓度在1 000 mg/L时, 其去除率可以达到45%;硫酸亚铁 (有效成分) 的投加量在50 mg/L～60 mg/L之间。由此可见, 该工艺抗冲击负荷能力强, 而由于混凝剂硫酸亚铁的作用主要是强化沉淀脱色效果, 因而其投加量可以保持在一个稳定的范围内。

经过生物吸附再生+化学混凝工艺的预处理, 其去除效率如表1所示 (2006年6月委托广州市二轻系统环境监测站的中试监测数据) 。

同时试验了只单纯投加硫酸亚铁的混凝沉淀法的预处理工艺效果, 其去除效率如表2所示。

从表1, 表2的数据可以看出, 两种预处理方法对于污染物的去除率比较接近, 均有一定的效果。其中对于CODCr和BOD5的去除, 生物吸附+化学混凝法的效果略好;对于SS的去除, 混凝沉淀法的效果略好。在达到基本一致的去除效果的前提下, 生物吸附+化学混凝法的混凝剂硫酸亚铁的投加量大大小于单纯的混凝沉淀法, 同时投药操作的工作量也相应减少, 其运行费用可以有一定量的降低, 因此生物吸附+化学混凝法工艺要优于单纯的混凝沉淀工艺。

5 结语

对于有毒和难降解污染物的浓度比较高的印染综合废水, 生物吸附+化学混凝法作为一种新型的处理工艺, 应用于生化处理之前可以起到比较好的处理效果;该工艺相对于单纯的混凝沉淀法, 其用电量有所增加, 但投加药剂量大大减少, 两者相抵后, 运行费用可以有一定量的降低。

参考文献

[1]沈东升, 冯孝善.我国印染废水处理技术的现状和发展趋势[J].环境污染与防治, 1996, 18 (1) :26.

[2]张自杰.排水工程[M].北京:中国建筑工业出版社, 2000:108.

混凝吸附 第2篇

Fenton氧化-混凝-活性炭吸附联合工艺处理酚醛树脂废水

采用Fenton试剂氧化-混凝-活性炭吸附联合工艺处理酚醛废水,考察了废水初始pH,H2O2投加量,[Fe2+]/[H2O2],反应时间和温度及混凝液pH,混凝剂质量浓度,吸附剂质量和吸附时间对处理过程的影响,探讨了废水的降解途径和机理.结果表明,在体系初始pH4,温度40 ℃,H2O2投加量800 mg/L,[Fe2+]/[H2O2]=0.1,反应时间60 min,混凝液pH为8及混凝剂质量浓度为500 mg/L,吸附剂用量30 g,吸附时间60 min的`条件下,废水的COD去除率为97.85%,挥发酚去除率为99.75%,甲醛去除率为99.81%,可为后续的生物处理提供良好的前提.

作 者：秦普丰 周惜时 铁柏清 钱湛 包小丰 QIN Pu-feng ZHOU Xi-shi TIE Bo-qing QIAN Zhan BAO Xiao-feng  作者单位：湖南农业大学,资源环境学院,湖南,长沙,410128 刊 名：湖南农业大学学报（自然科学版）  ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF HUNAN AGRICULTURAL UNIVERSITY(NATURAL SCIENCES) 年，卷(期)： 32(5) 分类号：X703.1 关键词：酚醛树脂废水   Fenton试剂   混凝   吸附  

混凝吸附 第3篇

【关键词】电吸附；氯离子；去除率

1.实验概况

本实验研究的是电吸附技术去除水中氯离子的可行性，实验用水主要采用河北省某处理厂再生回用生物处理后的出水，其主要水质指标如下：

2.静态实验步骤与实验分析

2.1实验装置

首先进行静态吸附实验。实验装置如图2-1所示。反应容器为1000ml的烧杯，正负电极分别由两块石墨电极（100mm*50mm*5mm）组成，正负极上所施加电压通过一直流电源来控制。吸附在恒温磁力搅拌下进行，并维持反应温度为（20土0.5）℃。

2.2实验流程

将含氯废水放在电吸附实验装置里，将电极置于反应器中，开启电源，使用搅拌器匀速缓慢搅拌含氯废水，整个实验过程是在恒温下进行，电场作用下，水中带正电荷的离子会向阴极迁移，被电极吸附，水中带负电荷的离子会向阳极迁移，被该电极吸附，都储存于电极表面形成的双电层中；随着离子的富集，水中的氯离子浓度会逐渐降低。

实验每隔5min取水样测氯离子的浓度。随着时间的延长，反复测定氯离子浓度，直到浓度不变化，吸附达到饱和状态。关掉电源进行脱附。实验结果都是在平行实验下得到。

2.3 时间对吸附与脱附效果的影响

实验时，将浓度为412mg/l的原水注入电吸附反应器，然后开启电源，不断改变吸附时间，按图 2-1重复进行吸附，观察出水氯离子浓度变化，结果可以看出，出水氯离子浓度在吸附过程随时间的变化规律。当接通电源，电极两端加上电压后，随着反应时间的延长，溶液中氯离子浓度逐渐降低，出水浓度开始下降，15min 后浓度降到205mg/l，趋于平缓，且与20min时剩余氯离子浓度相差不大，而15min时氯离子浓度与25min时的基本相同，这说明当吸附时间为15min时，吸附基本已达到饱和，即便再延长处理时间，溶液中的剩余氯离子浓度基本不发生变化，故将吸附时间定为15min。证明了电吸附法去除水中氯离子的可行性。

随着运行时间延长，实验中将吸附30min时作为脱附的起点，此时实验进入脱附阶段，关闭电源，将正负极短接，仍然选择每隔5min取水样测定氯离子的浓度。根据实验的数据可知，氯离子浓度开始上升，实验进行60min后，氯离子浓度在上升到高峰值410mg/l，此时氯离子浓度基本与原水中氯离子浓度一样，脱附结束。

2.4电压对吸附效果的影响

在吸附时间为15min，进水氯离子浓度为412mg/l，改变加在工作电极上的电压，分别为1V、3V、5V、7V、10V，按图 2-1重复进行吸附实验，测定浓度。当初始浓度为412mg/l、极板间距1.5cm时，调节电压为1V、3V、5V、7V和10V时，分别进行吸附实验。得出水氯离子浓度逐渐降低。随着电压的增加则去除效率增高，因为随着电压的增大，电极表面剩余电荷密度增大，电荷与离子之间静电引力增强，导致离子在双电层处发生富集效果越明显，溶液中离子浓度降低越大。虽然电压越大，去除率越好，但是应考虑经济方面的问题，另外，通过实验现象可以看到，当电压过高（>7V）时可以观察到石墨板壁有小气泡产生，这表明水的电解反应，同时伴随着电压的升高，电极出现溶解现象。所以本实验将工作电压控制在7V以下。

2.5 极板间距对吸附效果的影响

在工作电压为5V，吸附时间为15min，进水氯离子浓度为412mg/l，改变工作电极极板间距，分别进行实验。间距为0.5cm、1.0cm、1.5cm、2cm、2.5cm时按图2-1重复进行吸附实验，测定出水氯离子浓度。结果表明电极间距越小，氯离子去除率越高，最高去除效率是为51.21%。这是因为随着电极间距越小，在相同的电压下产生的双电层就比较厚，吸附容量因而得到提高，电极间距越小，电极间氯离子扩散距离缩短，且湍流度增大，氯离子到达双电层并被其吸附的时间就越短。

2.6进水浓度对吸附效果的影响

根据水厂长期监测的水质指标中，有时氯离子浓度高达677 mg/l，本实验采用分析纯氯化钠固体和蒸馏水按一定比例配制而成接近原水浓度的溶液作为模拟水样。考察不同进水氯离子浓度对吸附效果的影响，分别是350mg/l、400mg/l、450mg/l、500mg/l、600mg/l、650mg/l、700mg/l针对这七种浓度的溶液分别按图 2-1重复进行吸附实验，测定浓度，得出氯离子浓度变化的规律。

结果表明进水氯离子浓度越低，出水水质越好。350mg/l进水浓度时，处理率可达到54.1%，随着浓度的升高，处理率逐渐下降。针对进水氯离子浓度较大的情况，要提高处理率，达到要求就需要在实验中增加电极的对数，本实验在图2-1的实验装置中，又增加了一对同样的电极，通过测定氯离子的浓度，效果有所改观。在实际工程应用中如果为了提高出水水质，需要采用电吸附模块串联来提高处理效率，保证出水水质。

将配置的模拟水样和实际水样在同样的条件下进行实验，将得到结果进行比较，如图2-2所示，从图中可以看出条件相同时，模拟水样的除去率要高于实际水样。本课题没有对其他离子的去除率进行实验研究。因为电吸附吸附离子数量的多少取决于两个因素：一是离子的电荷，一般情况下离子所带电荷越多则离子向电极内部的迁移力越大，则吸附的离子越多；二是离子的体积大小，离子体积越大，则进入电极孔道难度就越大，同时在电极孔道内时，相同的双电层表面积上，由于离子体积越大则能够容纳的离子数量越少。研究表明，阳离子去除率的顺序：Mg2+>Ca2+>Na+，是由于离子电荷造成的，且Mg2+体积小于 >Ca2+，同时在水溶液中Na+含量较高也是一个重要的原因，另外在水溶液中碱金属类的离子会形成溶剂化壳，使得水合Na+的半径较大，不易吸附。阴离子去除率的顺序：CI->SO2-4>HCO-3>NO-3，由于SO2-4，HCO-3，NO-3离子体积较大，进入电极内部难度大，同时，在相同的双电层表面积上，容纳的离子数量相应的较小。

2.7结论

（1）时间是影响吸附和脱附的主要因素，当吸附时间为15min时，吸附基本已达到平衡，即便再延长处理时间，溶液中的剩余氯离子浓度基本不发生变化。

（2）给极板施加不同的电压对电吸附的处理效果影响很大。电吸附量与电压存在一定的关系，电压越大，水中氯离子的吸附率越大，水处理效果越好。

（3）极板间距也是影响电吸附的主要因素之一。电极间距越小，处理效果越好。

混凝吸附 第4篇

我国普遍采用卫生填埋法处置垃圾,所产生的垃圾渗滤液的主要特性:有机污染物种类多,水质复杂,污染物的浓度高、范围变化大,水质水量随季节变化大,且随填埋时间发生变化。由于我国的垃圾未经严格分选,渗滤液中的金属含量高,氨氮浓度高,营养元素比例失调,不适宜生化处理中微生物的生长,以至在生化处理后COD的浓度仍然较高,达不到满意的去除效果。

混凝一吸附法是一种易操作、效率高的处理方法。将混凝剂投加到垃圾渗滤液中,经过混凝一沉淀的过程,再将吸附剂投加到沉淀所得上清液中,通过吸附剂对渗滤液中污染物的充分吸附,能大大降低垃圾渗滤液中的难降解物含量。经过多项研究证明,混凝处理和吸附过程在垃圾渗滤液的处理中有显著效果,处理出水大部分指标能达到可生化性要求。而且,该技术具有工艺过程简单,工程投资低,运行成本少等特点。

2 混凝、吸附机理研究

水处理中的混凝现象十分复杂。混凝剂种类不同,作用机理不同;同一种混凝剂,在不同条件下作用机理也不同。在环境中研究水的混凝机理,不像胶体化学中胶体凝聚那样单纯,DLVO理论不能解释所有现象。在混凝作用中,还有其他几种作用机理,共同解释了混凝机理。

2.1 压缩双电层作用

在水处理中,双电层压缩作用相当于混凝剂所离解的金属离子如AL3+、Fe3+的作用。A13+、Fe3+具有很强的压缩双电层的能力,使胶体脱稳凝聚,但在混凝过程中,金属离子还要继续发生水解,并短暂存在,转化为一系列的其他带有轻基的较简单子以及聚合离子之后,最终产生Al(oH)3、Fe(OH)3等带正电的胶体。因此,使胶体脱稳凝聚不止是金属离子的作用,还有所有中间产物中的带正电的高价离子。

2.2 吸附一中和作用

高价电解质在水中经水解缩聚而形成的高分子物,无论是否带电或所带电荷符号与胶体电荷符号是否相同,都能吸附在胶体粒子上。带有正电荷的高分子物质或高聚合粒子吸附了负电荷胶体粒子后,产生电性中和作用,导致胶粒心电位的降低,失去稳定性。同时,由于胶粒和高分子或聚合离子之间的吸附不仅只由静电引力引起,还来自于氢键、共价键、极性键、范德华引力等各种吸附力,因此胶粒可能吸附更多的聚合离子以至使胶体颗粒电荷改变符号,能由原来负电荷胶体变成带正电荷胶体。

2.3 吸附一架桥作用

高分子物质对胶体的强烈吸附,起到在胶粒与胶粒之间的架桥连接作用。吸附架桥作用包括两种情形:一是高分子絮凝剂把许多较小的胶体吸附起来,形成更大的颗粒,特别还指非离子型以及与胶体同电号的离子型高分子絮凝剂所起的吸附作用;二是两个大的同号胶体中间,由于有一个较小的异号胶体而连在一起。

但是,当胶粒表面被高分子全部覆盖后,两胶粒接近时,会因胶粒表面吸附的高分子受到压缩变形而具有排斥能,也会因高分子带电而相互排斥,因此产生胶体不能凝聚的“胶体保护”现象。尽管有国外研究者提出,胶粒表面高分子的覆盖率为50%时,絮聚效果最好,但在实际处理中,投加量只能由试验决定。

2.4 絮体网捕作用

随着混凝剂投加量较多,高价离子经水解缩聚可形成大量的氢氧化物聚合体(如[Fe(OH)3]n、[AI(OH)3]n),从水中析出,可以网捕、卷带水中的细小胶粒形成絮状物,加速絮体的增长和沉淀。因此,水中胶体杂质多时,需要的混凝剂较少;而水中胶体杂质少,所需混凝量更多。在水处理中,这几种混凝机理各自不是孤立存在的,往往会几种同时存在,只是在某些特定情况下会以其中一种机理为主。

3 混凝效果影响因素分析

3.1 COO浓度对混凝效果的影响

当稀释2倍,使COD浓度变为原来的一半时,去除率最高,能达到41.1%。可以看出,稀释倍数增加,COD的浓度降低,其去除率并不会随之提高。这是因为,稀释倍数增加,致使水中污染物浓度降低,投加相同数量的混凝剂,对稀释倍数较高的水样而言,混凝剂会投加过量,使失稳的胶体又发生了复稳,使COD的去除效果不明显。说明COD的浓度对混凝效果有一定影响,但同样受水中其它复杂成分的影响。对浊度去除率而言,稀释倍数到10倍的时候,可以达到89.73%。当稀释倍数提高,浊度的去除率会相应的提高,混凝后的上层清液显得清澈,浊度得到了较大程度的降低。

3.2 助凝剂的投加对混凝效果的影响

通过对比发现,对于高浓度的垃圾渗滤液而言,加助凝剂能取得更佳的混凝效果效果。这是由于PAM具有优异的架桥性能,能降细小散落的矾花通过吸附架桥作用结合在一起,形成较大的矶花,使其能迅速在水中沉降,在沉降过程中大的矶花还能捕集到更多小的胶体颗粒或有机分子,从而使水样中COD的含量降低得更多。

3.3 pH对混凝效果的影响

当pH=7.0左右时,浊度的去除率达到最高的68.3%,在原水pH不变的情况下,COD达到最高的去除率为12.64%,并且在整个p H为6.0-9.0的区间COD的去除率变化都不明显。认为在pH为7.0-8.0时,就能取得较好的效果,证明了FS对pH的适应性较强,实际操作中无须调节p H,可节约成本。

3.4 投加量对混凝效果的影响

随着投加量的增加,COD的去除率逐渐增加,当投加量为600mg/L,COD的去除率达到最高为58.06%;到投加量为700mg/L时,COD的去除率并没有随之增高;而当投加量继续增高到800mg时,COD的去除率反而下降。说明,到800mg/L时,PAFS投加已经过量,使水样中本来己经脱稳的胶体粒子复稳,因而使COD的去除率又降低。

另外,当投加量为800mg/L,浊度的去除率达到最高为66.6%。但其变化情况无明显规律。

4 吸附材料选择

处理含高浓度COD的渗滤液,无论是泥炭或粉煤灰都能取得相对较好的处理效果。但在保证减少用量的前提下,固液比为1:20即吸附剂质量浓度为50g/L时,在实验中采用的吸附时间内,经粉煤灰吸附的混凝出水,能使COD的去除率达到55.7%,而泥炭却不能降低水中COD,反而使水样中COD含量在混凝的基础上有所增加。说明在对COD的吸附方面,粉煤灰优势明显,通过计算可得,在吸附时间为8h时,粉煤灰的平均吸附量为10.06mgCOD/90,在吸附氨氮方面,两种吸附剂都能吸附水样中含有的氨氮。在8h的吸附时间内,泥炭的平均吸附量为7.87mgNH3-N/g,其吸附速率为0.98mgNH3-N/gh,粉煤灰的平均吸附量为11.43mgNH3-N/g,吸附速率为1.43mgNH3-N/gh。因此说明,粉煤灰对氨氮的吸附能力强于泥炭。

综上所述,选择粉煤灰作为混凝一吸附工艺吸附环节的吸附剂,刚开始进行吸附时,由于水中各种杂质及未经处理的粉煤灰中本身含有的各种物质的干扰,使吸附效果不明显,随着吸附时间增加,COD和氨氮的去除率逐渐增加。到吸附时间为3h时,对COD吸附基本达到最高,过了建民居群落原有的文化资源风貌,又赋予其新时代城镇建筑的特征。

青城古镇的保护开发应当加强对非物质文化遗产的保护,将当地的民间艺人及其传统技艺进行抢救挖掘,收录整理。非物质文化遗产是以人为主线的活遗产,更注重的是技能、技术、知识的传承。拯救非物质文化遗产能够提升当地文化的软实力,对于推进青城古镇历史文化遗产的保护工作和文化旅游事业的发展无疑具有积极作用。同时,通过旅游业来带动当地其它经济的发展,培植并扶持具有地方特色的产业文化内容,积极创建集古镇旅游、观光休闲、影视基地为一体的文化旅游胜地。使青城古镇成为历史文化的青城、民俗民居的青城、田园自然的青城、环保生息的青城。

青城古镇,依山傍水,气候温和,土质肥沃,农产丰饶。适宜种植各种瓜果蔬菜和水稻、荷花等。有千亩稻田、百亩荷塘,以及高架大棚西瓜、庭院葡萄和日光温室蔬菜等设施农业,不但给当地农民带来了经济效益,而且成为旅游观光、休闲娱乐的产业内容。盛夏季节,漫步在田间池旁,柳绿荷红,蛙鸣稻黄,领略到黄河谷地的田园风光,成为休闲度假的好去处。2009年,青城古镇又被列为国家级特色旅游乡镇,成为镶嵌在黄河上游的一颗璀璨的明珠。

4 结语

一条条老街见证着世事的沧桑,一座座宅院诉说着家族的兴衰。青城古镇的会馆戏楼、庙宇殿堂、书院家祠、民居宅院让人流连忘返,青城古镇的文化内涵与精神价值彰现着中国历史文化名镇的美丽。黄河臂弯,田园风光,品味地方乡土人情;人文环境,生态环保,领略文化旅游胜景。

摘要：垃圾渗滤液具有高COD浓度、高氨氮、高重金属的特点,直接采用常规生物方法难以使处理过程正常运行。物化法作为垃圾渗滤液生物处理的预处理工艺,可降低渗滤液中的生物毒性,为后续生物处理提供良好条件。因此,对垃圾渗滤液预处理方法研究具有重要的理论意义和工程实践意义。

关键词：垃圾渗滤液,混凝-吸附,聚合硫酸铝铁,粉煤灰

参考文献

[1]孟了,熊向陨,马箭.我国垃圾渗滤液处理现状及存在问题[J].给水排水,2003,29(10):26-29.

变压吸附空分制氧吸附剂及设备 第5篇

该公司现拥有变压吸附空分设备, 多组份气体分离设备, 气体净化设备, 有机废气净化设备, 多种高效吸附剂和催化剂等多项国际先进水平的产品和技术, 获得了多项国内外专利, 产品出口欧洲和美国, 受到用户的好评。

该公司开发的新型制氧设备, 打破了外国公司在该领域的垄断地位, 推动国产变压吸附空分制氧设备行业及我国变压吸附空分制氧技术的发展, 替代进口, 具有显著的经济效益。同时设备性能比国外产品更为优越, 生产成本低、无环境污染, 具有明显的社会效益。

应用范围

新型变压吸附空分制氧吸附剂及设备可广泛用于:

1) 环保领域的污水处理、污泥富氧曝气;

2) 冶金工业领域的炼钢炼铁、有色金属冶炼、富氧喷煤;

3) 化工领域的化肥厂富氧造气、化工合成原料;

4) 造纸行业的纸浆漂白、废液氧化处理;

5) 玻璃工业可用于高温熔炼、降低粉尘和氮氧化合物的排放;

6) 城市垃圾焚烧中高温燃烧以及降低二次污染;

7) 窑炉助燃方面可以节能、减少废气排放;电子、医疗保健、食品、养殖业等。

技术优势及技术水平

变压吸附空分制氧设备的技术优势为:

1) 分子筛性能先进, 使用量少, 使用寿命长;

2) 氧气收率高, 鼓风机、真空泵负荷小;

3) 单位制氧电耗低、冷却水消耗少;

4) 气动切换阀门可靠性高;

5) 自动化程度高;

6) 两床工艺, 结构简单, 造价低廉。

技术水平

新型变压吸附空分制氧设备基本可实现无人化操作, 适用于用氧规模在10000m3/h以下的场合, 操作条件温和 (室温、低压) , 产品氧气纯度为90%～95%, 单位制氧电耗0.35kwh/m3O2, 设备年开工率≥95%, 负荷调节范围30%～110%, 动设备使用寿命大于10年, 静止设备使用寿命大于20年, 装置无有害废水、废气和废渣排放, 属于环保、节能新工艺。在适用的同等规模下, 本产品的单位制氧电耗比传统的深泠法制氧装置低10%～50%, 综合投资低10%～20%, 维修费用低30%以上, 管理费用低50%以上, 并且不存在深冷法装置因有机物积累而可能产生爆炸的问题, 可为用户创造明显的经济效益。

以1000m3/h装置为例比较:

国际先进水平:吸附剂装量9吨至10吨, 电耗0.33kwh/m3O2～0.35kwh/m3O2, 年开工率96%, 造价800万元到850万元;

国内同类装置:吸附剂装量40吨至60吨, 电耗0.42～0.5kwh/m3O2, 年开工率95%, 造价600万元到650万元;

本公司产品:吸附剂装量10吨, 电耗0.35kwh/m3O2, 年开工率95%, 造价550万元。

从以上数据比较, 可看出本公司产品已达到国际先进水平。

产品特点

1) 工艺流程简单, 设备数量少, 占地面积小。

同样规模的VPSA制氧装置, 国内其它厂家需采用三塔或四塔流程, 制氧吸附剂用量达40吨至60吨, 而我公司的PU-8吸附剂用量仅为11吨;另外, 设备数量 (如真空泵、阀门) 、装机功率等均有不小差距。

2) 自动化程度高, 起动停车快速, 维修操作方便。

制氧装置完全由计算机控制, 下游装置不需要氧气或设备出现故障时可随时停车, 重新起动后15分钟至30分钟内即可达到正常工况并向下游装置送氧。

3) 联锁监控措施齐全。

制氧装置配套设备运行的关键参数均输入计算机进行在线监测, 当设备发生异常现象时, 计算机进行报警或对装置进行联锁停车, 以便操作人员及时检查维修, 能有效保证制氧装置的安全稳定运行。

4) 冷却水消耗少。

鼓风机和真空泵后都没有设空气水冷却器, 也是与国内其它厂家的VPSA制氧装置的一个较大差别, 每年可节约冷却水2万多吨。

5) 装置无“三废”排放, 对环境保护没有影响。

应用实例

该ZO-1000型VPSA制氧装置是衡阳某钢管有限公司国债项目“石油专用管工程”的配套项目, 由湖南省招标有限责任公司邀请国内外厂商进行公开招标, 我公司依靠国际先进水平的技术、优异的性能指标和较低的价格等优势中标, 该产品于2002年7月正式投入运行。投入运行以来, 操作平稳、工况稳定, 各项性能指标均基本达到设计要求。

VPSA制氧装置设计指标与实测指标的对比如下:

对于制氧装置, 长期运行成本主要为电耗。该单位原有一套设计产量为1000 m3/h的深冷法制氧装置, 综合电耗为1.1 kwh/m3O2。按0.45元/kwh的电价计算, 年运行时间为8000小时, 我们的VPSA制氧装置比同规模的深冷法制氧装置年节电416万度, 可节约电费180多万元, 为其带来的经济效益十分明显。

据了解, 国内其它VPSA制氧设备生产厂家尚不能达到与该VPSA制氧装置同样的性能指标, 特别是电耗指标要高15%以上。只有几家国际大气体公司的制氧装置可以达到同样的性能指标, 但其造价要高60%以上。

通过该公司VPSA制氧装置的连续运行, 用户认为我公司的这一项新技术具有很多优点, 达到了国际先进水平, 能为用户创造较好的经济效益。

合作方式

技术服务。

联系人:江岚

单位:北京大学

汽油吸附脱硫吸附剂的研究进展 第6篇

汽油吸附脱硫技术就是近年来开发的生产低硫汽油的新技术。吸附脱硫技术的优点在于吸附剂可以选择性地吸附那些难以加氢脱除的苯并噻吩类硫化物, 对加氢脱硫处理后的汽油进行吸附法超深度脱硫, 可使汽油中的硫含量降到0.1~0.2μg.g-1以下。

1 汽油吸附脱硫技术

吸附脱硫是用氧化物、分子筛、活性炭等为吸附剂脱除含硫化合物。通过络合、范德华力或者是化学吸附脱除汽柴油中的含硫化合物的技术, 其机理在于吸附剂分子和吸附质分子 (含硫化合物) 之间形成一种“键”从而使吸附质从油品中脱附而附着在吸附剂分子上, 达到从油品中脱除的目的, 含硫的吸附剂通过其它条件脱除含硫物质得到再生以重复使用。

吸附脱硫根据吸附机理不同, 可分为物理吸附脱硫、反应吸附脱硫和选择性吸附脱硫三类。目前, 吸附脱硫工艺主要有以下几种技术:IRVAD技术、S-Zorb技术、SARS工艺以及我国自行开发的LADS工艺。

2 脱硫吸附剂的研究

目前常用的吸附剂主要有活性炭类、金属及其氧化物类以及分子筛类。研究较多的是分子筛类。

2.1 活性炭类

活性炭具有较好的吸附脱硫能力, Exxon Research and Engineering公司[3]和Mikhail等[4]的研究表明, 活性炭对β位取代的二苯并噻酚 (DBT) , 甚至对三环含硫化合物都有较好的吸附性能。

活性炭因具有较大的比表面积和较广的孔径分布也可以作为吸附剂的载体。叶敬东[5]研究了以活性炭为载体负载其它金属的吸附剂材料, 结果证明活性炭能够同时脱除多种含硫化合物。Bakr等[6]比较了活性炭和13X分子筛的吸附能力, 结果表明, 在硫含量较高时, 活性炭的吸附能力是分子筛的3倍。

2.2 金属及其氧化物类

金属及其氧化物脱硫技术发展比较成熟, 是最早得到工业化应用的一项脱硫技术。

Y a n g等[7]用A g+浸渍负载在纳米A l2O3上, 并用于吸附噻吩、苯并噻吩、二苯并噻吩和2, 4-二甲基二苯并噻吩等硫化物。结果表明:A g+为噻吩类化合物提供所需的活性位。改性后的吸附剂在较高的压力下压紧后仍保持其吸附特性, 且再生后能反复用于脱硫。

Xiaoliang Ma等8]研究了常规的加氢催化剂Ni–Mo/Al2O3和Ni/Al2O3对汽油的吸附脱硫效果后认为, 这两种加氢脱硫催化剂同样具有较高的吸附脱硫性能。为了提高化学吸附剂的硫容量, 张密林等[9]提出了用N i-C o/Zn O作为活性组分, 大大增加了吸附剂的硫容量, 硫容量可达32.5%。

2.3 沸石分子筛类

沸石分子筛类吸附剂是目前主要的研究对象。由于其具有特殊的规整孔道、可调节的酸性, 在脱硫方面的应用具有很大的优势。

美国密歇根大学R.T.Y a n g[10]教授领导的科研组, 用铜离子或银离子与钠Y分子筛交换, 制备了Cu Y和Ag Y吸附剂, 能使汽油中的硫含量从430μg.g-1降到0.2μg.g-1。

Weitkamp[11]研究了ZSM-5对噻吩和苯的吸附性能, 结果表明该分子筛对噻吩的吸附选择性高于苯, 这主要是因为噻吩的极性大于苯。King等也使用ZSM-5作为吸附剂研究了其对噻吩的吸附性能, 结果表明由于其孔径小于噻吩的平均分子直径, 因此ZSM-5的硫吸附容量很低。

S o n g等人的研究表明油品中存在的芳烃化合物与含硫噻吩化合物会形成强烈的竞争吸附, 从而使得吸附剂的选择性不高, 因此该小组开发了一系列的改性Y型分子筛, 极大地提高了硫容量, 其中以Ce4+Y效果最好。

介孔材料由于具有较大的比表面积和较大的孔径也开始引起学者的关注, 试图利用这一特点增大硫容量。Dai等[12], 刘晓勤等[13]制备的系列介孔分子筛并考察了常压下用于模拟汽油脱硫的性能, 结果显示吸附性能较好, 且甲苯存在时有选择性吸附性能仍然较好。

李倩等[14]制备了ZSM-5-MCM-41复合分子筛, 并应用于汽油脱硫, 具有较好脱硫效果, 负载过渡金属离子后效果更佳, 在60℃的吸附温度下, 饱和吸附量可达37.74mg S/g吸附剂。

在上述吸附材料中, 活性炭、金属氧化物、13X、Y型分子筛类已经得到了工业化, 而介孔材料和微孔-介孔复合材料在该方面的应用还在探索中。

3 结语

迄今为止, 人们对吸附脱硫的研究已经有了较大的进展, 部分吸附脱硫技术已经得到了工业化。目前阻碍吸附脱硫技术工业化的一个关键问题是吸附剂的硫容量低和选择性的不高, 因此具有好效能的吸附剂的研制问题是目前吸附脱硫研究的重点所在。

摘要：综述了常见的吸附脱硫技术和吸附材料的研究进展, 评述了各种脱硫技术的特点, 介绍了活性炭、金属及其氧化物类以及分子筛类吸附剂。

关键词：汽油,脱硫,吸附剂

参考文献

[1]杨红云, 赵德智, 沈耀亚.油品脱硫工艺技术及其发展趋势[J].石油化工高等学校学报, 2001, 14 (3) :26-31.[1]杨红云, 赵德智, 沈耀亚.油品脱硫工艺技术及其发展趋势[J].石油化工高等学校学报, 2001, 14 (3) :26-31.

[2]Velu S, Ma X, Song C.Zeolite-based adsorbent for desulfurization of jet fuel by selective adsorption[J].Am.Chem.Soc., Div.Fuel Chem.Prepr.2002, 47:447-448.[2]Velu S, Ma X, Song C.Zeolite-based adsorbent for desulfurization of jet fuel by selective adsorption[J].Am.Chem.Soc., Div.Fuel Chem.Prepr.2002, 47:447-448.

[3]Exxon Research and Engineering Company.Deep Desulfurization of Distillate Fuels[P].US5454933, 1999[3]Exxon Research and Engineering Company.Deep Desulfurization of Distillate Fuels[P].US5454933, 1999

[4]Mikhail S, Zaki T, Khalil L.[J].Appl.Catal.A:General, 2002, 227 (3) :265～278[4]Mikhail S, Zaki T, Khalil L.[J].Appl.Catal.A:General, 2002, 227 (3) :265～278

大孔吸附树脂吸附分离谷氨酸的研究 第7篇

本实验采用大孔树脂离子交换吸附法提取谷氨酸,利用特定的有机高分子树脂对谷氨酸盐的高选择性将谷氨酸从味精溶液中提取出来。即谷氨酸根离子取代阴离子交换树脂上的阴离子,在树脂上形成一种新物质,然后用一定浓度的盐酸溶液将其洗脱,再形成谷氨酸。此实验大致可分为两部分:一部分是静态法,即在不同条件下测定溶液的pH值、溶液的浓度、吸附时间、洗脱液的组成、其他离子的干扰对树脂吸附谷氨酸的影响。另一部分是动态法,即讨论离子在柱中交换和洗脱的情况,以及影响交换和洗脱的各种因素,以便选择合适的操作条件,达到分离的目的。实验证明离子交换吸附法能几乎完全地把谷氨酸从味精溶液中分离出来。离子交换吸附法对谷氨酸的制备来说,是一种既简洁又高效的清洁生产方式。

1 实验部分

1.1 实验仪器及试剂

PHS-3C型精密pH计、721型分光光度计、单盘分析天平、HY-2调速多用振荡器、101-1型电热鼓风干燥器。

D201型碱性阴离子交换树脂、氢氧化钠、L-谷氨酸、茚三酮、盐酸、抗坏血酸、无水乙醇、异丙醇、正丙醇、正丁醇、冰乙酸、乙酸钠(均为分析纯);实验用水为去离子水。

1.2 实验方法

1.2.1 大孔树脂的预处理

新购的树脂常残存有机溶剂、低分子聚合物及有机杂质,使用前必须通过漂洗、酸碱处理除去[6,7]。 市售的树脂常常是潮湿的,在研磨过筛前应先将其铺开,置于阴凉处晒干,这样,树脂性质不会发生改变。晾干后的树脂在研钵中进行研磨,过筛,筛取所需的粒度。经过研磨过筛后的树脂,浸泡于1 molL-1盐酸溶液中2～4 h,然后过滤,用蒸馏水冲洗,直至树脂呈中性为止。将树脂放入105 ℃左右鼓风干燥箱中干燥,直到烘干为止。如果在分析中需要其它型式的树脂,例如Na+型、NH4+型或SO42-型的,则应分别在NaCl、NH4Cl和H2SO4等溶液中处理,然后用去离子水洗净,浸在去离子水中备用。

1.2.2 静态吸附

将处理后的树脂置于锥形瓶中,然后加入pH=7的25 mL浓度为100.0 gL-1的谷氨酸溶液。盖上瓶塞之后放入振荡器中,振荡10 min,进行过滤,取一定量的滤液测溶液中谷氨酸的含量。

1.2.3 静态解吸实验

准确称取定量处理后的树脂6份分别置于锥形瓶中,用移液管移取25 mL 100.0 gL-1谷氨酸液置于小烧杯中,通过添加高浓度的NaOH溶液调节其pH值至7～8之间,然后用蒸馏水将其定容至50 mL容量瓶中,振荡摇匀后分别取25 mL加到盛装有树脂的锥形瓶中,盖上瓶塞之后放入振荡器中振荡10 min后取出,然后过滤振荡液,测定其吸光度, 计算出其吸附量。

称取定量上述树脂,用不同浓度的盐酸溶液进行洗脱,测定洗脱后溶液的吸光度,计算出解吸量。

2 分析方法

茚三酮比色法测谷氨酸的含量原理:茚三酮与氨基酸作用形成蓝色化合物,根据反应的显色值可以测定样品中游离氨基氮量[8,9]。 测得谷氨酸的标准曲线方程为:C=78.74A+5.10,其中C为氨基酸浓度(mg100 mL-1);A为吸光度值。

3 结果与讨论

3.1 静态吸附条件的选择

3.1.1 吸附平衡时间的测定

将处理后冷却的树脂称取2.0000 g各7份置于锥形瓶中,然后各加25 mL 100.0 gL-1的谷氨酸溶液,盖上瓶塞后放入振荡器中,每隔一段时间取出锥形瓶,将震荡后的溶液过滤,取出滤液按样品的测定方法测其吸光度。根据吸光度计算出树脂的吸附量和吸附率,结果如表1所示。

从图1可以看出,随着时间的增加树脂对谷氨酸的吸附量不断增高。当振荡时间为10 min左右时,吸附就已经达到平衡,得到最大吸附量为955.5 mg。这说明树脂对谷氨酸的吸附速度很快,因为这种树脂具有强碱性的活泼基团季胺基,进入树脂的离子能很快地与活泼基团上的离子发生交换反应,很快能达到平衡。

3.1.2 溶液的pH值对吸附的影响

准确称取质量为2.0000 g的树脂6份,盛装于50 mL容量瓶中贴上标签待用。用移液管移取100.0 gL-1谷氨酸溶液12.5 mL至25 mL容量瓶中,用1∶1盐酸和3.75 molL-1NaOH溶液调节其pH分别至4、5、6、7、8、9,然后用蒸馏水各自将其定容至25 mL,摇匀后分别加入上述1～6号锥形瓶中,并放入振荡器中振荡10 min。当振荡结束后将振荡液过滤,用茚三酮溶液处理测定吸光度,结果如表2所示。

从图2与表2中的数据可以看出,树脂对谷氨酸的吸附率随着溶液pH值的增大而增高。当溶液的pH值在7左右时,树脂对谷氨酸的吸附率最高,可以达到99.5%,且已经达到平衡状态,最大的吸附量为725.8 mg。

3.1.3 溶液的浓度对吸附的影响

分别称取质量为2.0000 g的树脂6份,放于50 mL锥形瓶中,贴上标签之后待用。配制不同浓度的谷氨酸液6份,调节pH值至7～8之间。将配制好的谷氨酸溶液移取25 mL,分别加入1～6号锥形瓶中,然后将其放入振荡器中振荡10 min。当振荡结束后将振荡液过滤,用茚三酮显色法测定其吸光度,结果如表3所示。

从以上数据可以看出,树脂的吸附率随着谷氨酸溶液浓度的增大而升高。当谷氨酸的浓度为100 gL-1时吸附率达到最大值97.9%,但吸附量不是最大值。而吸附量随着谷氨酸溶液浓度的增大而一直增大,最大吸附量为1704.7 mg。这是因为溶液的浓度增大时,谷氨酸离子的含量将增大,所以树脂的吸附量与吸附率都增高。溶液的浓度过大时,就会影响树脂的溶胀程度,阻碍了谷氨酸阴离子扩散到树脂内部去,降低了离子交换反应的速度。所以当溶液的浓度变大时,吸附率越来越大;当浓度达到一定时,吸附率就会越来越小。

3.2 其它离子对吸附的影响

配制2 gL-1的氯化钾溶液,将此溶液与谷氨酸按照一定比例混合,最大比例为10∶1。取出比例不同的混合液,调节pH值在7左右,取25 mL该混合液放入称好树脂的锥形瓶中,然后将其放入振荡器中振荡10 min。当振荡结束后将振荡液过滤,用茚三酮显色法测定其吸光度。

实验证明,氯化钾溶液中,这2种离子对树脂吸附谷氨酸都没有影响。

3.3 静态解吸过程

准确称取2.0000 g吸附了定量谷氨酸的树脂6份分别置于锥形瓶中,分别用0.5、0.8、1.0、1.2、1.5、1.8、2.0 molL-1浓度的盐酸溶液50 mL进行洗脱,振荡一段时间后,用茚三酮比色法测定其吸光度,结果如表4所示。

从表4和图5中看出,洗脱液浓度越大,解析率越高。当盐酸溶液为1.5 molL-1时解析率最大,可达到98.3%。这主要是由于在浓度太高的酸溶液中,树脂脱水而收缩,交换在树脂颗粒内部的离子不容易扩散出来;另一方面,浓度高了,洗脱液的粘度将增加,也将阻碍扩散作用的进行,因而洗脱效率降低。

4 结论

通过试验得出了如下结论:

(1) D201型大孔强碱性阴离子交换树脂在近中性条件下对谷氨酸具有良好的吸附性能,吸附速度很快,在10 min左右就可以达到吸附平衡。谷氨酸溶液浓度为100.0 gL-1时,静态吸附率可达到97.9%,最大吸附量为1704.7 mg ,并且其他离子对吸附的干扰很小。

(2) 使用后的树脂再生方法简单,可重复使用。离子交换吸附法产品回收率很高,方法简便,消耗化工原料少,能耗少,不污染环境。所以用强碱性阴离子交换树脂从发酵液中提取、分离谷氨酸具有很重要的意义。为大孔树脂吸附法提取谷氨酸工艺设计提供了有价值的实验参数。

参考文献

[1]于信令.味精工业手册[M].北京:中国轻工业出版社,1995.

[2]武彩莲.离子交换法与氨基酸的分离纯化[J].氨基酸和生物资源,2005,(4):50-53.

[3]Frieling P von,Schtlgerl K.Recovery of Lactic Acid fromAqueous Model Solutions and Fermentation Broths[J].Process Biochem.,1999,34:685-696.

[4]彭清涛.W/O/W乳液溶胀问题[J].污染防治技术,1994,(1):10-12.

[5]赵哲勋.谷氨酸盐酸盐精制与研究[J].氨基酸和生物资源,1997,17(2):36-37.

[6]何炳林,钱庭宝.树脂在生化物质分离纯化上的应用[J].氨基酸杂志,1982,(3):21-44.

[7]邵令娴.分离及复杂物质的分析[M].西安:长安大学出版社,1992.

[8]周科衍,高占先.有机化学试验[M].北京:高等教育出版社,1996.

混凝吸附 第8篇

关键词：纳米羟基磷灰石,化学吸附,铅离子

近年来,由于社会的不断进步和工业的持续发展,污水、污泥、土壤中重金属含量的超标对环境造成了潜在的危害。重金属的污染与其它化合物的污染不同,即使浓度很低,也不易在环境中净化,并易造成不断蓄积,常对环境带来联合污染[1,2]。尤其是,铅离子不仅会与蛋白中的-SH基团形成键合作用,从而抑制酶,而且还可以改变骨细胞对功能[3]。此外,在土壤、水体中经微生物作用,可转化为毒性更强的有机金属,甚至还可以通过食物链逐级富集,使其侵入人体的剂量成倍地增长[3]。

目前,去除重金属离子的常用方法包括以下几种:化学法、离子交换法、生物法、吸附法、溶剂萃取法、蒸发浓缩法、表面活性剂法、磁分离法等[4,5,6,7]。最新研究发现:羟基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2,简写为HA)对铅、铬、铜等重金属离子具有优良的吸附性能,其原因主要取决于HA独体的结构特征[8,9,10]。HA晶胞是由2个分子组成的六方晶系结构,钙和氢氧根离子围成的柱状体形成了一个平行c轴的螺旋六重对称性通道。羟基能被氟离子、氯离子和碳酸根离子代替,生成氟基磷灰石、氯基磷灰石或含碳酸根的磷灰石。而Ca2+很容易被Cd2+,Hg2+等有害金属离子和Pb2+,Cu2+,Zn2+,Co2+,Sr2+等重金属离子发生交换作用,故可以作为这类离子的吸附剂进行废水等的净化,并可以根据需要制备成具有较大比表面积的颗粒以提高吸附效果[8,9,10]。

本文以宝钢集团钢铁冶炼后排放的矿渣微粉为原料制备HA纳米颗粒,深入探讨纳米HA的结构、形貌,以及对重金属铅离子的吸附性能和吸附机制。

1 实验

1.1 材料

矿渣,上海宝钢发展有限公司;磷酸氢二胺,国药集团化学试剂有限公司;浓盐酸,上海润捷化学试剂有限公司;浓氨水,江苏强盛功能化学有限公司。

1.2 实验方法

室温下,称取10 g矿渣(组成含量如表1所示)溶于1 mol/L盐酸中,过滤除去产生的沉淀。用1 mol/L氨水(氢氧化钠、氢氧化钾)将滤液调节至p H=10。过滤除去沉淀,得到的滤液中主要是钙离子。测定滤液中钙离子的浓度,按HA的化学计量比Ca/P=1.67称取磷酸氢二铵,并用1.0 mol/L氨水调节p H=10。搅拌下,将磷酸氢二铵溶液逐滴滴入到钙离子溶液中,并继续搅拌1 h,陈化12 h。最后,经过过滤、用去离子水洗涤、干燥和研磨得到纳米HA颗粒。

1.3 材料的表征

用扫描电镜(SEM;JEOJ,JSM-6380LV)观察纳米HA以及吸附铅离子前后的晶体形貌。采用X射线衍射光谱(XRD;D/max-ⅢC)和傅里叶红外变换(FITR;Nicolet 5DX)表征纳米HA吸附铅离子前后的结晶结构及组成。

1.4 HA对铅离子的吸附实验

将硝酸铅溶解在去离子水中配制1 L不同浓度的铅离子溶液(400 mg/L、600 mg/L、800 mg/L、1000 mg/L)。用HNO3(0.1 M)和Na OH(0.1 M)溶液调节铅离子溶液的p H=2.5~5.5。称取0.5 g HA粉末加入到铅离子溶液中,20℃、30℃、40℃下搅拌,定时取样,测定溶液中残留铅离子的浓度。

2 结果与讨论

2.1 纳米HA的结构和形貌

以矿渣微粉为原料制备出的HA颗粒的形貌,如图1所示。由SEM照片可知,纳米HA粉末呈现球形,其平均直径约为50~80 nm。纳米HA的粒径均匀,并且具有较好的均匀性。图2a和图2b分别为纳米HA颗粒的XRD图和FTIR图。图2a显示矿渣微粉经过化学反应产物为HA,与标准卡片(JCPDS no.09-0432)的特征衍射峰相一致。HA的特征衍射峰强度较弱,表明它的结晶度较低。FTIR图进一步表征了纳米HA颗粒的官能团结构,如图2b所示。HA有2个阴离子基团,即PO43-四面体阴离子基团和OH-基团。位于1043、576 cm-1处的强吸收峰以及1384 cm-1处的特征峰对应于PO43-的特征谱带[11,12]。3430 cm-1处是OH-的特征峰,是由OH基和吸附水中O-H的伸缩振动引起的[11,12]。

2.2 纳米HA颗粒对铅离子的吸附性能和吸附机理

为了研究纳米HA的铅吸附性能,将HA置于不同浓度的铅离子溶液中,并采用ICP测试铅离子在不同时间点的溶液离子浓度。由图3可知,吸附2 h前HA纳米颗粒对铅离子具有快速吸附速率,随后离子浓度逐渐达到吸附平衡。溶液中的离子浓度对纳米HA的平衡吸附量具有较大的影响。铅离子浓度由400 mg/L增加到800 mg/L,平衡吸附量由589 mg/L随之增大到1426 mg/L。当铅离子浓度达到1000 mg/L时,平衡吸附量反而降到902 mg/L(图3)。

图4为纳米HA对铅离子吸附前后的XRD图和FTIR图。由XRD图可知,HA纳米颗粒吸附后出现铅磷灰石(Pb HA)晶体的特征衍射峰,而归属与HA的特征衍射峰强度减弱,甚至消失(图4a)。由FTIR图(图4b)可知,HA和Pb HA具有相同的波谱特征,其原因取决于两种晶体拥有相同的官能团包括磷酸根和羟基。

从SEM图中可以看出,HA纳米颗粒吸附铅离子24 h后,其形貌发生重大变化。由球形纳米颗粒转化成棒状颗粒物(图5)。从EDS图中可以看出Pb元素均匀分布在整个颗粒上,而Ca元素消失(图6)。根据XRD图、FTIR图和SEM图可知,HA纳米颗粒吸附铅离子的机理为溶解-沉积反应,HA颗粒在铅离子溶液中发生溶解反应,游离出的磷酸根离子与铅离子、氢氧根离子反应转化成Pb HA颗粒。Pb HA颗粒的沉积速率与溶液浓度呈现正向关系,浓度越高,则越有利于Pb HA的沉积,因此随着铅离子浓度由400 mg/L增加到800 mg/L,平衡吸附量随之提高(图7a)。但是,过高的铅离子浓度会导致Pb HA的快速形核并包覆HA纳米颗粒物,抑制内部HA颗粒物的溶解,从而降低平衡吸附量(图5d和图7a)。

此外,铅离子溶液的p H值和吸附温度对纳米HA颗粒的平衡吸附量也造成重大影响,如图7b和图7c所示。铅离子溶液的p H值越低,则平衡吸附量越高。当p H值由5.5降低到2.5时,铅离子的平衡吸附量则由589 mg/L增大到671 mg/L。其原因是:酸性条件下,HA溶解的速率加快,从而加快Pb HA的沉积速率和沉积量。图7c为铅离子平衡吸附量与温度的关系曲线。随着吸附温度从20℃提高到40℃时,对应的平衡吸附量则由597 mg/L增大到667 mg/L。

基于上述分析可知:HA纳米颗粒对铅离子具有优良的吸附性能;HA纳米颗粒对铅离子吸附性能的影响因素包括溶液铅离子浓度、溶液p H值和吸附温度。铅离子浓度越高、p H值越小、吸附温度越高,则HA对铅离子的平衡吸附量越高。

3 结论

(1)本文以矿渣微粉为原料制备出具有低结晶度的纳米HA颗粒,其平均直径约为50~80 nm;

(2)纳米HA颗粒对铅离子具有优良的吸附性能,其吸附机理为溶解-沉积反应。增大溶液铅离子浓度,降低溶液p H值和提高吸附温度均能够有效增大纳米HA颗粒的平衡吸附量;