高锰酸钠/柱撑膨润土对水中污染物的去除性能研究
水环境污染是当今人类面临最大的危害之一。为了控制水污染，国内外环保工作者做了大量研究工作，涌现出了许多的技术和方法，但一些治理技术存在处理不彻底或处理成本偏高等缺点。本文针对上述情况，提出以高锰酸钠为氧化剂和以柱撑膨润土为吸附剂的废水处理方法。系统研究了其去除水中污染物的性能。主要研究内容和取得的成果如下：
研究了高锰酸钠预氧化助凝和对有机物的去除作用，结果表明：高锰酸钠预氧化具有明显的助凝作用，其最佳投加量为2mg.L-1，沉淀后水的浊度下降76％左右；原水的水质、温度、pH值对高锰酸钠预氧化助凝效果影响较小。高锰酸钠对水中微量有机物具有明显的去除作用，当其投加量在4mg.L-1时，以CODMn代表的有机物去除率达75％～85％左右，以UV254吸光度代表的有机物去除率达25％～36％左右。
实验研究了高锰酸钠对水中苯酚、苯胺的去除效果，测定了其氧化苯酚、苯胺的动力学。结果表明：高锰酸钠对水中的苯酚、苯胺具有良好的去除效果，当高锰酸钠的浓度为30mg.L-1时，苯酚的去除率可以达到95.38％；苯胺的去除率可以达到92.12％；高锰酸钠氧化苯酚的表观动力学方程为：r=-dCA/dt=0.599CACB1/2氧化苯胺的表观动力学方程为：r=dCA/dt=0.453CACB1/2高锰酸钠氧化水中的苯酚、苯胺反应的表观活化能分别为19.944kJ.mol-1和19.136kJ.mol-1。
在[OH-]/[Al3+]=2.4的反应条件下，利用Al3+与碱液反应制备出聚合羟基Al离子，并由此和溴化十六烷基三甲胺制备出了无机、有机和无机-有机柱撑膨润土,XRD-衍射数据表明，经柱撑后的膨润土层间距明显增大，达1.9nm以上，差热、热重分析和红外光谱分析也表明，钠基膨润土经柱撑后，柱化剂进入了膨润土层间。
研究了无机、有机和无机-有机柱撑膨润土对苯酚、对硝基苯酚、苯胺、硝基苯等四种有机物的去除性能，结果表明：三种柱撑膨润土对有机物的去除效果明显高于膨润土原土，当投土量为0.2g时，对苯酚的吸附去除率分别达到81.03％、95.41％和85.11％；对对硝基苯酚的吸附去除率分别为86.18％、97.26％、90.81％；对苯胺的吸附去除率分别为86.77％、96.38％、92.51％；对硝基苯吸附去除率分别为81.13％、98.73％、88.38％。
三种柱撑膨润土对苯酚等四种有机物的吸附在60min达到平衡。溶液pH值、温度对苯酚等四种有机物的去除率有一定的影响，但影响程度较小。
经柱撑处理的膨润土吸附苯酚等四种有机物的速率和吸附量均大于钠基土，其吸附动力学行为均遵循Bangham方程和Langmuir方程所描述的规律。平衡吸附量qe与平衡浓度pe之间的关系符合Freundlich和Langmuir等温吸附方程。其吸附均为放热过程，吸附热值在-20kJ.mol-1～-33kJ.mol-1范围。
以Sol-Gel法制备TiO2溶胶和钇掺杂TiO2溶胶为柱化剂，制备出了TiO2柱撑膨润土和钇掺杂TiO2柱撑膨润土；X射线衍射分析表明，经柱撑后的膨润土层间距明显增大，达1.9nm以上，经500℃煅烧后其层间距稳定在1.8nm以上，差热、热重分析和红外光谱分析也表明，经柱撑后，柱化剂进入了膨润土层间。
研究了四种TiO2柱撑膨润土对甲基橙、副品红、茜素红、茜素黄等染料的去除性能，结果表明：均有很好的吸附去除效果。当投土量为0.1g时，甲基橙在Ti-PBt、Ti-PBt500、Y-Ti-PBt和Y-Ti-PBt500上的吸附去除率分别达到98.47％、96.31％、99.07％和97.17％；副品红的吸附去除率分别为98.78％、94.03％、99.24％、96.58％；茜素红的吸附去除率分别为90.88％、86.27％、92.64％、88.39％；茜素黄的吸附去除率分别为99.56％、98.13％、99.78％、99.02％。
四种TiO2柱撑膨润土对甲基橙等四种染料的吸附在60min达到平衡。温度和溶液pH值对甲基橙等四种染料的去除有一定的影响。
四种TiO2柱撑膨润土吸附甲基橙等四种染料的速率和吸附量均较大，其吸附动力学行为均遵循Bangham方程和Langmuir方程所描述的规律。平衡吸附量qe与平衡浓度pe之间的关系符合Freundlich和Langmuir等温吸附方程。其吸附均为吸热过程，吸附热值在12kJ.mol-～23kJ.mol-1范围，吸附表现为表面物理吸附和离子交换作用。
水处理;高锰酸钠;废水处理;膨润土;水污染;有机物
东北大学
博士
冶金物理化学
翟玉春
2005
中文
X703
123
2006-07-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）