粘土矿物对富营养化水体中磷的吸附研究

论文摘要

水体富营养化是当前面临的环境问题。一般说来,当天然水体中总磷大于20mg/m3,无机氮大于300mg/m3时,就可认为水体处于富营养化状态。与N相比藻类等水生生物对P更为敏感。粘土矿物资源在自然界储量丰富,由于它有着复杂的、可控制的、并可有效改造的结构特征和相应的物化特性,因而具有广泛的应用范围和较高的经济价值。粘土矿物吸附法成为处理水体富营养问题的极有前途的方法之一。本实验主要研究粘土矿物对富营养化水体中P的吸附效果及其吸附机理,并通过各种改性方法改性粘土矿物,寻找一种或者几种有效的改性方法,从而达到对P的高效吸附,并能解决环境修复中的实际问题,以求找到一种价格低廉、效果明显的治理水体富营养化的方法。通过对本文选做的膨润土300目（P3）、膨胀蛭石200目（Z2）、高岭土200目（G2）、高岭土800目（G8）这四种试验材料的研究表明,天然粘土矿物对水体中磷的吸附能力不强;未改性的原矿物材料对水体中的P有一定去除作用,但效率不高。即使增加投加量可以提高去除率,但从实际应用角度考虑,不能无限制地增加投加量;天然粘土矿物材料吸附P的条件为pH在5左右,振荡时间定为30分钟较合适。通过进行酸活化、热活化、无机Al改性、羟基铝改性、羟基铬改性等改性试验发现:供试粘土矿物材料经5%体积分数硫酸活化后对溶液中P的去除效果较好,供试粘土矿物材料经600℃活化后对溶液中P的去除率最高,其中膨润土300目对P的去除达到100%;无机铝改性后的膨润土300目对溶液中P的吸附效果与原土相比有显著的提高,去除率可达100%;无机铝改性后的高岭土200目、高岭土800目对溶液中P的吸附效果与原土相比只有微小增加或者没有增加;蛭石200目经无机铝改性后对溶液中P的吸附能力也有明显提高,但提高幅度不如改性后的膨润土;羟基铬改性、羟基铝改性后的膨润土300目显著提高了对溶液中P的吸附,实验条件下对溶液P的去除率达到100%;不同表面活性剂改性对膨润土吸附P能力的影响不一,其中效果最好的是经CTMAB改性的有机膨润土,在研究不同改性条件下选做粘土矿物材料对水体中P的吸附效果的研究的同时,还通过X射线衍射等方法进行对P的吸附机理的探讨研究,发现通过各种改性方法提高粘土矿物的层间距,能很好的提高其对P的吸附作用。如无机Al改性、羟基铬改性、羟基铝改性后的膨润土对P的吸附效果很显著就与改性后的土层间距增大有关,而4种表面活性剂改性有机膨润土的晶面间距大小顺序为与其对溶液中P的吸附去除率的大小顺序两者完全一致,可见层间距大小直接影响着表面活性剂改性膨润土对溶液中P的吸附。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 文献综述
• 1 水体富营养化
• 1.1 水体富营养化的形成机理
• 1.2 水体富营养化的危害
• 1.3 世界及我国水体富营养化现状
• 1.4 水体富营养化的预防及治理
• 1.4.1 控制外源性营养物质的输入
• 1.4.2 降低内源性营养物质的负荷
• 1.4.3 去除污、废水中的营养物质
• 2 废水除磷技术的研究现状
• 2.1 生物法
• 2.1.1 传统生物除磷工艺
• 2.1.2 反硝化除磷工艺
• 2.2 化学沉淀法
• 2.3 吸附法
• 2.3.1 天然材料及废渣
• 2.3.2 活性氧化铝
• 2.3.3 人工合成吸附剂
• 3 矿物材料在环境修复中的应用
• 3.1 粘土矿物在环境污染治理中的作用
• 3.1.1 粘土矿物对水污染的治理
• 3.1.2 土壤污染的治理
• 3.1.3 空气污染的治理
• 3.1.4 核废物的处理核废物
• 3.2 几种粘土矿物对水体中磷的吸附作用
• 3.2.1 蛭石
• 3.2.2 膨润土
• 3.2.3 高岭土
• 3.2.4 沸石
• 3.3 粘土矿物应用过程中存在的问题及本实验的目的意义
• 第一部分 现有天然粘土矿物对P 的吸附特征
• 1.1 材料与方法
• 1.1.1 矿物材料的准备
• 1.1.2 磷吸附母液的制备
• 1.1.3 试验仪器
• 1.1.4 试验过程
• 1.2 试验结果
• 1.3 小结
• 第二部分 外界因素影响天然矿物材料对P 的吸附过程的研究
• 2.1 试验材料与方法
• 2.1.1 不同振荡时间下矿物对P 的吸附
• 2.1.2 不同投加量下矿物对P 的吸附
• 2.1.3 不同pH 下矿物对P 的吸附
• 2.2 试验结果
• 2.2.1 不同振荡时间下矿物对P 的吸附特征
• 2.2.2 不同矿物投加量与溶液P 的去除率
• 2.2.3 不同pH 对矿物吸附溶液P 的影响
• 2.3 小结
• 第三部分 改性粘土矿物对P 的吸附特征
• 3.1 试验材料与方法
• 3.1.1 改性矿物材料的制备方法
• 3.1.2 试验方法
• 3.1.2.1 酸改性矿物材料对P 的吸附
• 3.1.2.2 热活化改性矿物材料对P 的吸附
• 3 改性矿物材料对P 的吸附'>3.1.2.3 AlCl₃ 改性矿物材料对P 的吸附
• 3.1.2.4 羟基Al 改性膨润土对P 的吸附特
• 3.1.2.5 羟基铬改性膨润土对P 的吸附特征
• 3.2 试验结果
• 3.2.1 酸改性矿物材料对P 的吸附特征
• 3.2.2 热活化改性矿物材料对P 的吸附
• 3 改性矿物材料对P 的吸附'>3.2.3 AlCl₃ 改性矿物材料对P 的吸附
• 3.2.4 羟基Al 改性膨润土对P 的吸附
• 3.2.5 羟基铬改性膨润土对P 的吸附特征
• 3.2.6 表面活性剂改性膨润土对P 的吸附
• 3.3 小结
• 第四部分：粘土矿物改性前后的结构变化以及与磷吸附之间的关系
• 4.1 试验材料与方法
• 4.2 试验结果
• 4.2.1 不同酸改性膨润土的X 射线衍射特征
• 4.2.2 不同热活化膨润土的X 射线衍射特征
• 4.2.3 无机铝改性膨润土的X 射线衍射特征
• 4.2.4 膨润土经羟基铝改性和羟基铬改性前后的X 射线衍射特征
• 4.2.5 表面活性剂改性膨润土的X 射线衍射特征
• 4.3 讨论
• 4.4 小结
• 第五部分 总结
• 参考文献
• 附录对应本文中各图的数据表
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录