| 题名 | 粒状赤泥吸附剂研制及其在水处理中的应用研究 |
| 作者 | 朱春雷 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-06-01 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 栾兆坤 |
| 关键词 | 粒状赤泥吸附剂 配方设计 重金属离子 静态吸附 微柱动态吸附 Granular Red Mud(GRM) Formula Design Heavy Metal Ions Batch Adsorption Rapid Small-Scale Column Test(RSSCT) |
| 其他题名 | Preparation and Application of Granular Red Mud(GRM) Adsorbent in Water Treatment |
| 学位专业 | 环境工程 |
| 中文摘要 | 本文在系统地分析总结国内外环境金属吸附剂制备及其净化效能的研究与发 展的基础上，以氧化铝工业生产过程中排放的赤泥废矿渣为原料，开展新型粒状 赤泥吸附剂制备与应用研究。进行了粒状赤泥吸附剂对重金属离子(Cu2+ 、Pb2+、 Cd2+ 和As(V))的静、动态吸附和解吸脱附试验、以及环境安全和经济性评价试验 研究，全面研究考察了粒状赤泥吸附技术经济性能；综合运行多种现代分析检测 手段(XRD、SEM、氮吸附、差热、红外光谱、Zeta 电位等)进行了物相表征与理 化性能测试，并利用数学模型，深入研究探讨了粒状赤泥吸附剂吸附作用机制， 研究成果具有重要科学意义和实际应用价值，并取得如下创新性研究成果： 1、以氧化铝工业废渣赤泥作为主要原料，通过科学合理的配方设计，制备工 艺技术参数和条件的优化选择，首次提出并成功地制备对重金属离子(Cu2+ 、Pb2+、 Cd2+ 和As(V))吸附性能良好、机械强度高（抗粉化率高）的新型粒状金属赤泥吸 附剂。 2、静态吸附实验表明，粒状赤泥吸附剂对水中Cu2+、Pb2+、Cd2+等重金属离 子和类金属离子As(V)都具有良好的吸附效能，在不同pH、温度下，Cu2+、Pb2+ 吸附等温线与Langmuir 吸附方程较吻合，Cd2+、As(V)吸附等温线规与Freundlich 方程较吻合。四种重金属离子吸附去除率顺序依次为：Pb2+ >Cd2+ >Cu2+>As(V)， 最大平衡吸附容量分别达到46.83、101.2、34.56 和4.19mg/g；当Cu2+初始浓度 <70mg/L，Pb2+初始浓度<250mg/L, Cd2+初始浓度<50mg/L、As(V)初始浓度<4mg/L 时，吸附剂对于四种金属离子的去除率均能达到95％以上。 3、吸附作用机理和IR 分析测试结果表明，粒状赤泥吸附剂对Cu2+、Pb2+、 Cd2+和As(V)的吸附作用机制属于表面络合反应和表面络合沉淀反应。SEM 和 EDS 分析进一步表明，Pb2+在表面发生吸附后所生成表面络合物沉淀不仅数量多， 且络合物沉淀颗粒大。 4、常见金属阳离子、无机、有机配位体都对Cu2+、Pb2+、Cd2+和As(V)的吸 附率有一定影响。双组分金属离子竞争吸附研究结果表明：三种金属离子的竞争 力大小排序为：Pb2+>Cu2+>Cd2+；Cu2+、Pb2+、Cd2+离子静态吸附动力学曲线与准二级速率方程十分吻合，As(V)离子静态吸附动力学曲线与与Elovich 方程比较吻 合，表明粒状赤泥吸附剂对Cu2+、Pb2+、Cd2+离子表现为快速吸附动力学过程， 对As(V)离子表现为慢吸附速率过程；对Cu2+、Pb2+、Cd2+吸附过程属于内扩散 控制过程，对As(V)离子吸附过程属于内扩散控制与液膜控制联合控制过程。 5、动态柱吸附试验结果表明，随着进水流速的增加，进水浓度升高以及床层 高度减小，四种金属离子穿透时间均变短。在相同条件下， Pb2+穿透时间最长， Cd2+次之，Cu2+最短。使用托马斯(Thomas)方程和BDST(Bed Depth Service Time) 方程可较好地拟合Cu2+、Pb2+、Cd2+、As(V)等离子的动态吸附行为。 6、脱附再生试验结果表明，酸或热碱再生后的吸附剂，对Pb2+的吸附效果 略有降低，而对Cu2+、Cd2+、As(Ⅴ)的吸附效果与再生前基本相同；但随再生次 数增加，吸附剂抗粉化率降低，可再生循环使用4-5 次。 7、粒状赤泥吸附剂安全性和技术经济性分析评价结果表明，粒状赤泥能够有 效将有害组分粘结、固化在吸附剂内部。吸附剂TCLP 实验浸出液能够达到国家 GB 5085.3-1996 和GB 5749-2006 饮用水标准，具有使用安全性。粒状赤泥吸附剂 成本低廉，在生产与应用方面不仅具有显著经济效益，而且具有良好社会、环境 效益。 |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 水处理工程 |
| 公开日期 | 2010-05-25 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/187]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_环境水质学国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 朱春雷. 粒状赤泥吸附剂研制及其在水处理中的应用研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2007. |
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