（化学工程与技术专业论文）几种高效除氧吸咐剂的颗粒化方法与吸咐效果研究.pdf

学位论文数据集 中图分类号t q 0 2 8 1学科分类几 5 3 0 2 1 4 0 论文编号 1 0 0 1 0 2 0 l 1 0 1 0 9密级公开 学位授j r 单化代伊5 1 0 0 1 0 学化授r 单化名称北京化i ：人学 作者姓名霍眶坤学n 2 0 0 8 0 0 0 1 0 9 获学位专业名称化学丁程与技术获学位专业代码0 8 1 7 0 1 国家重人科技专项 课题来源研究方向化学j i ：程 2 0 0 9 z x 0 7 4 2 5 0 0 6 论文题u几种高效除氟吸附剂的颗粒化方法与吸附效果研究 关键词吸附剂，颗粒化，海藻酸镧，铁镧复合氧化物，除氟 论文答辩日期2 0 1 0 一0 5 2 7沦文类型开发研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称工作单位学科专长 指导教师丁文明讲师北京化工大学化学工程 评阅人1 黄克谨教授 北京化工大学化学上程 评阅人2王水副教授北京化：【人学化学：j ：程 评阅人3 评阅人4 评阅人5 答辩委员会主席陈建峰教授北京化工大学化学工程 答辩委员1陈建峰教授北京化工大学化学工程 答辩委员2陶霞教授北京化工大学化学：【= 程 答辩委员3 毋伟教授北京化工大学化学工程 答辩委员4徐联宾教授北京化工大学化学工程 答辩委员5王洁欣副教授北京化工大学化学工程 注：一论文类犁：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 二中图分类号在中国图书资料分类法查询。 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b t1 3 7 4 5 9 ) 学科分类与代码中查询。 四论文编号由单位代码和年份及学号的后p l j 位组成。 摘要 几种高效除氟吸附剂的颗粒化方法与吸附效果研究 摘要 论文以实用化的颗粒除氟吸附剂制备为目的，以吸附剂的吸附容量与 机械强度为研究目标，通过颗粒海藻酸镧、颗粒铁一镧复合氧化物吸附剂的 制备，研究了不同吸附材料与颗粒化方法制备的颗粒吸附剂的除氟作用效 果，并对颗粒吸附剂的作用机理进行了系统研究。 通过滴球。交联法制备颗粒海藻酸镧吸附剂，并应用其进行除氟研究， 结果显示，颗粒吸附剂的吸附速率快，动力学过程符合拟二级反应方程； 其吸附等温线符合l a l l g m u i r 模型，吸附过程受p h 值及s 0 4 2 。离子干扰较大， 最佳吸附p h 值为4 o ，最大吸附容量可达1 9 7 2m g 儋；机理研究显示，该 颗粒吸附剂的除氟机理为离子交换作用。该颗粒吸附剂具有很好的机械强 度，同时存在较严重的溶胀现象。 对铁镧复合氧化物吸附剂进行了两种颗粒化方法研究。采用挤出法制 备的铁镧复合氧化物颗粒吸附剂呈柱状，该颗粒吸附速率较快，动力学过 程符合拟一级反应方程；其吸附等温线符合l a n g m u i r 模型；p h 优化范围 5 7 ；h c 0 3 。与h p 0 4 对吸附除氟的干扰较大；优化条件下最大吸附量1 2 1 m g 儋。连续试验表明，其吸附穿透时间大大高于活性氧化铝，动态吸附量 为活性氧化铝的3 倍以上。该颗粒吸附剂在水中浸泡后机械强度较差。 采用滴球一交联法制备的铁镧复合氧化物颗粒吸附剂呈球形，颗粒吸附 剂的吸附速率快，动力学过程符合拟二级反应方程；其吸附等温线符合 t 北京化工人学硕上学位论文 f r e u n d l i c h 模型，吸附过程受p h 及h p 0 4 2 离子干扰较大，最佳吸附p h ：4 ， 优化条件下最大吸附容量达3 0 1m g g 。该吸附剂连续动态吸附效果佳，穿 透体积达2 3 2 6 倍，是颗粒活性氧化铝的8 1 0 倍；间歇再生效果较好；同 时该吸附剂具有较好的机械强度。 比较研究发现，尽管颗粒海藻酸镧具有很高的吸附容量，但镧元素的 含量高，因价格昂贵而应用受到限制；挤出法制备的柱状铁一镧复合氧化物 吸附剂，吸附能力尚可，但机械强度较差；而滴球法制备的球形铁一镧复合 氧化物颗粒吸附剂，在吸附性能及机械性能等方面均有较好的表现，并通 过连续试验运行考核，证明了该吸附剂的有效性。 关键词：吸附剂，颗粒化，海藻酸镧，铁镧复合氧化物，除氟 垒里墨! 垦垒竺! s t u d yo ng r a n u l a t i o nm e t h o da n da d s o r p t l o n e f f e c to fs o m eh i g he f f i c i e n ta d s o r b e n t sf o r f l u o r i d er e m o v a l a b s t r a c t t h i sp a p e rf o c u s e so nt l l ep r o d u c t i o no fp r a c t i c a lg r a n u l a ra d s o r b e n t sf o r f l u o r i d er e m o v a l a d s o 叩t i o nc 印a c i 够a j l dm e c h a n i c a ls t r e n g t ho fg r a n u l a r a d s o r b e n tw e r et a k e ni i l t oo b j e c t i v e 如n c t i o n g r a n u l a t i o nm e t h o d s ，n u o r i d e r e m o v a lp e 怕h n a n c ea sw e l la st l l ea d s o 印t i o nm e c h a n i s mo ft l l ea d s o r b e n t w e r er e s e a r c h e df o rg r a l l u l a rl a n t l l a j l u ma l g i n a t ea n dg 啪u l a ri r o n l a n m a n u m c o m p l e xh y d r o x i d e sa d s o r b e n t g r a n u l a rl a n t h a n u ma l g i n a t ew a sp r e p a r e db yc r o s s l i n km e t h o d i tw a s 印p l i e di i ln u o r i d er e m o v a la 1 1 dm er e s u l t ss h o w e d t l l a tt h ea d s o 印t i o nr a t ei s f 瓠ta i l dt t l ea d s o 印t i o nk i n e t i c sw a si i la c c o r d a l l c ew i ms e c o n do r d e rr e a c t i o n r a t ee q u a t i o n ；也ea d s o 印t i o ni s o m e n nf i t t e dl a n g m u i re q u a t i o nw e l l ；t h e a d s o 印t i o np r o c e s sw a sm a i n l ya 仃e c t e db yp ha i l ds 0 4 2 ；m eo p t i m a lp hw a s 4 oa i l dm em a x i m u ma d s o 印t i o nc a p a c i t ) ，w 弱l9 7 2m g t h ea d s o 印t i o n m e c h a n i s mo fl a i l t l l a i m ma l g i l l a t ew a u si o ne x c h a n g e 筋s e e n6 o mt h es t u d i e s t i l e s ea d s o r b e n t sh a dg o o dm e c h a l l i c a ls 仃e n g t hb u tc o u l dc a u s es 遮n i f i c a n t s w e l l i i 坞 g 啪u l a ri r o n l a n t h a n u m c o m p l e xh y d r o x i d e sa d s o r b e n tw a sp r e p a r e d u s i n g t w o m e t h o d s ， n a m e l y ： e x t n l s i o na n d d r o p p i n g m e t h o d g r a n u l a r i i o n l a n t h a n u mc o m p l e xh y d r o x i d e sa d s o r b e n tp r 印a r e db ye x t m s i o nm e t h o d w a si nb a rs h a p e i ta d s o 巾t i o nr a t ew a sf a s ta n dt h ea d s o 巾t i o nk i n e t i c sw a si n a c c o r d a n c ew i t l lf i r s to r d e rr e a c t i o nr a t ee q u a t i o n ；t h ea d s o 印t i o ni s o t h e mf i t t e d l a n g m u i re q u a t i o nw e l l ； t h e o p t i m a lp hr a n g ew a s5 7 ，t h em a x i m u m a d s o 印t i o nc 印a c i t yw a sl2 1m g 儋a tt h eo p t i m a lc o n d i t i o n s h c 0 3 a n dh p 0 4 2 。 a 毹c t e dt h ea d s o 巾t i o np r o c e s sl a 玛e l y i nc o l u m nt e s tt h eb r e a k t h r o u g hv o l u m e o fo l l ra d s o r b e n tw a sm u c hh i g h e rt 1 1 a nt h a to f a c t i v a t e da l u m i n a ；m ed y n a m i c a d s o 印t i o nc a p a c i t yw a so v e r3t i r n e so ft h a to fa c t i v a t e da l u m i n a b u tt h e a d s o r b e n t sm e c h a n i c a ls 仃e n g t hr e d u c e dal o tw h e ns o a k e di nw a t e rf o ra l o n g t i m e g r a n u l a r i i 0 n l a n t h a 肌m c o m p l e xh y d r o x i d e sa d s o r b e mp r e p a r e d b y d r o p p i i l gm e t h o dw a si i lb a l l s h a p e i t sa d s o 印t i o nr a t ew a sf a s ta n dt h e a d s o 印t i o nk i n e t i c sw a si i la c c o r d a n c ew i t l ls e c o n do r d e rr e a c t i o nr a t ee q u a t i o n ； t h ea d s o 印t i o ni s o t t l e mf i t t e dl a i l g n m i re q u a t i o nw e l l ；a d s o 叩t i o n p r o c e s sw a s m a i l ya 虢c t e d b yp ha i l ds 0 4 2 ，t h eo p t 妇a lp hw a s4 ，m em a x i 砌m a d s o 巾t i o n c a p a c 时w a s3 0 1m g 儋o nm eo p t i i l l a lc o n d i t i o n s i nc o l u m nt e s tb r e a k 缸o u g h v o l u m ew a s2 3 2 6 ，w h i c hi s8 - l0t i m e so ft l l a t o fa c t i v a t e da l u m 洫a t h e a d s o r b e n th a dg o o dm e c h a i l i c a ls n e n g t l l s t l l d i e ss h o w e d 也a tg 啪u l a rl a l l m a n u ma l g i n a t e h a dh i g h a d s o 巾t i o n c a p a c i 吼b u tw i t hh i g hl a l l t h a n u me l e m e n t c o m e n t ，w l l i c hl e a dt oh i g h a b s t r a c t _ 一 a p p l i c a t i o np r i c e g r a n u l a ri r o n l a n t h a n u mc o m p l e xh y d r o x i d e sa d s o r b e n t p r 印a r e db ye x t l l l s i o nm e t h o dw a s n ts u i t a b l ef o r 印p l i c a t i o nb e c a u s e o f i t sp o o r m e c h a n i c a ls t r e n g t h g m u l 2 u ri r o n l a n t h a n u mc o m p l e xh y d r o x i d e sa d s o r b e n t p r e p a r e db yd r o p p i n gm e t h o dh a dg o o da d s o 印t i o nc a p a c i t y a n dm e c h a n i c a l s t r e n g t h ，s oi th a dt h ep o t e n t i a lo fa p p l i c a t i o n k e y w o r d s ：a d s o r b e n t ，g r a n u l a t i o n ， l a n t h a l l u ma l g m a t e ， i r o n _ l a n t h a n u m c o m p l e xh y d r o x i d e s ，f l u o r i d er e m o v a l v 目录 目录 第一章绪论l 1 1 课题研究背景1 1 1 1 除氟的必要性l 1 1 2 除氟研究现状1 1 2 常见吸附剂及其制备方法一2 1 2 1 活性氧化铝2 1 2 2 改性吸附剂2 1 2 3 离子交换树脂吸附剂3 1 2 4 分子筛吸附剂3 1 2 5 高分子类吸附剂4 1 2 6 稀土类吸附剂4 1 3 吸附剂的表征一5 1 3 1 吸附剂成分分析5 1 3 2x 射线衍射 一6 1 3 3 红外光谱i r 6 1 3 4 比表面积一b e t 7 1 3 5 扫描电镜s e m 8 1 3 6 能谱分析一e d x 8 1 4 吸附剂的性能评价一9 1 4 1 吸附等温线9 1 4 2 吸附动力学曲线9 1 4 3p h 值影响1 0 1 4 4 共存离子影响1 1 1 5 连续吸附评价1 l 1 6 再生试验研究1 2 1 7 本课题的选题意义及研究内容1 2 1 7 1 选题意义1 2 1 7 2 研究内容及方案1 3 v 第二章海藻酸镧颗粒吸附剂1 5 2 1 试验部分15 2 1 1 试验材料及仪器1 5 2 1 2 吸附剂的制备方法1 6 2 2 吸附剂性能评价1 8 2 2 1 吸附等温线1 8 2 2 2 吸附速率曲线2 0 2 2 3p h 值影响2 1 2 2 4 共存离7 影响2 2 2 3 吸附剂的物性表征2 2 2 3 1 吸附剂表观参数2 2 2 3 2 吸附剂成分分析2 3 2 3 3 吸附剂的比表面积及孔体积分布2 3 2 3 4 吸附剂的x l t d 2 4 2 3 5 吸附剂的i r 2 5 2 3 6 吸附剂的s e m 2 6 2 3 7 吸附剂e d x 2 7 2 3 8 吸附前后溶液的离子色谱分析2 7 2 4 吸附过程的机理分析2 8 2 5 本章小结2 8 第三章f e - l a 复合氧化物柱状颗粒吸附剂3l 3 1 试验部分3l 3 1 1 试验材料及仪器3l 3 1 2 吸附剂制备方法3 2 3 2 吸附剂的性能评价3 4 3 2 1 吸附等温线3 4 3 2 2 吸附速率曲线3 5 3 2 3p h 值影响3 6 3 2 4 共存离子影响3 7 3 3 动态吸附研究3 8 3 3 。l 吸附剂表观参数3 8 v i h 录 3 3 2 动态吸附试验3 8 3 4 本章小结3 9 第四章f e l a 复合氧化物球形颗粒吸附剂4 1 4 1 试验部分4 l 4 1 1 试验材料及仪器一：一4 l 4 1 2 吸附剂的制备方法4 2 4 2 吸附剂合成条件优化4 4 4 2 1 沉淀物与壳聚糖配比的一i 同对吸附剂吸附效果影响4 4 4 2 2 反应过程中中和p h 不同对吸附效果的影响4 5 4 2 3 颗粒在碱液中浸泡浓度不同对吸附剂吸附效果影响4 5 4 2 4 颗粒在碱液中浸泡时问不同对吸附剂吸附效粜影响4 6 4 2 5 颗粒在戊醛中浸泡浓度不同对吸附剂吸附效果影响4 6 4 2 6 颗粒在戊二醛中浸泡时间不同对吸附剂吸附效果影响4 7 4 2 7 吸附剂合成最优化方法4 8 4 3 吸附剂的表征4 8 4 3 1 吸附剂的s e m 4 8 4 3 2 吸附剂的x i 4 8 4 3 3 吸附剂的比表面积及孔体积分布4 9 4 4 吸附剂的性能评价5 0 4 4 1 吸附等温线5 0 4 4 2 吸附速率曲线5 l 4 4 3p h 值影响5 2 4 4 4 共存离子影响5 3 4 4 5 水质影响5 4 4 4 6 结果讨论5 4 4 5 动态吸附试验5 6 4 5 1 吸附剂表观参数5 7 4 5 2 不同空速下吸附效果比较5 7 4 6 再生试验研究5 8 4 6 1 再生方案选择5 8 4 6 2 间歇再生试验5 9 些旦型燮堂堡圭兰堡笙文 4 6 3 间歇再生结果讨论6 0 4 6 4 连续再生试验6 1 4 6 5 连续再生结果讨沦6 2 4 7 中试试验6 3 4 8 本章小结6 4 第五章结论6 5 参考文献6 7 致谢7 l 研究成果及发表的论文_ 一7 3 作者和导师简介7 5 x c o n t e n t s c o n t e n t s c h a p t e r1l i t e r r a t u r ei e 访e w 一1 1 1r e s e a r c hb a c k g r o u i l d 1 1 1 1t h en e c e s s i “f o rn u o r i d er e i i l o v a l 1 1 1 2r e s e a i hf o rf l u o r i d er e m o v a l 1 1 2c o 舢f i l o na d s o r b e n ta n di t sp f 印a r a t i o nm e m o d 2 1 2 1a c t i v a t e da l u m i n a 2 1 2 2m o d i f i e d 取l s o r b e n t s 一2 1 2 3i o ne x c h a n g er e s i l l s 3 1 2 4m o l e c u l a rs i e v e 3 1 2 5m a c r o m o l e c u l e 4 1 2 6r 砌ee a r t h 4 1 3c h a i a c t e r i z a t i o no fa d s o 而e m 5 1 3 1a d s o r b e n tc o m p o n 明ta m l y s i s 5 1 3 2x r a vd i 伍r a c t i o n - 一x r d 6 1 3 3i n m l r e ds p e c n d m e t e r 一i r 6 1 3 4s p e c i f i c 吼l r f a c ea r e a b e t 7 1 3 5s p e c i f i c 吼l r 白c ea r e a s e m 8 1 3 6e n e f g yd i s p e r s i v ex r a ys p e c 乜0 s c o p y - 一e d x 8 1 4p e r f - o n n a n c ee v a l u a d o no f a d s o 而e n t 9 1 4 1a d s o r p t i o ni s o t h 锄9 1 4 2a d s o r p 6 0 nk i n e t i c s 9 1 4 3e 伍to f p h 一1 0 1 4 4e 仃i 圮to f c o e x i s ti o n s l1 1 5e v a l u a t i o no f c o l u ma d s o r p 6 0 n l1 1 6r e g e n e r a t i o nr e s e a r c h 1 2 1 7t h es i g l l i f i c 髓c eo f 廿1 e 白叩i c 锄dm es u b j e c to f r e s e a r c h 1 2 1 7 1t h es i 蛐f i c a n c eo f 恤t 叩i c 1 2 1 7 2t h es u b i e c to f r e s c a r c h 1 3 北京化工人学硕士学位论文 c h a p t e r2g r a n u l a rl a n t h a n u ma l g i n a t ea d s o b e n t 1 5 2 1e x p e r i m e n t 15 2 1 1e x p e r i m e n t a lm a t e r i a l sa n de q u i p m e n t 15 2 1 2p r e p a r a t i o no f a d s o f b e n t 1 6 2 2p e r f o n n a n c ee v a l u a t i o n 18 2 2 1a d s o r p t i o ni s o t h e n n 18 2 2 2a d s 0 r p t i o nk i n e t i c s 2 0 2 2 3e f f 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