无机硅钙材料对污染物的吸附(附件)【字数：10178】
摘 要摘 要本实验主要研究对象为无机硅钙材料硬硅钙石，硬硅钙石来源于江苏科技大学东校区实验室。实验主要研究了硬硅钙石对水中氨氮吸附过程中的影响因素，经试验发现硬硅钙石吸附水中氨氮的最佳吸附温度为40°C，最佳硬硅钙石投加量为20g/L，最佳溶液初始浓度为100mg/L，最佳溶液初始pH值为8，最佳吸附时间为180min，在以上条件下，硬硅钙石对水中氨氮的吸附率为84.84%；硬硅钙石对水中氨氮的吸附过程对Lagergren一级吸附动力学模型的拟合性最好，动力学方程为；硬硅钙石对水中氨氮吸附过程对Langmuir等温吸附模型拟合性最好，Langmuir吸附方程为。关键词硬硅钙石；吸附；氨氮废水
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 硬硅钙石的特性和制备方法 1
1.2.1 硬硅钙石的特性 1
1.2.2 硬硅钙石制备方法 2
1.2.3 硬硅钙石材料的现状 2
1.3 焦化废水的特性和主要处理方法 3
1.3.1 焦化废水的特性 3
1.3.2 焦化废水的主要处理方法 3
1.4 水中氨氮的测定方法 4
1.5 研究内容与技术路线 4
第二章 实验部分 6
2.1 实验试剂与仪器 6
2.1.1 实验试剂 6
2.1.2 实验仪器 6
2.1.3 主要实验试剂的配制 6
2.2 实验与分析方法 6
2.2.1 硬硅钙石的制备 6
2.2.2 硬硅钙石对水中氨氮的吸附 7
2.2.3 水中氨氮浓度的测定 7
第三章 结果与讨论 9
3.1 硬硅钙石吸附剂吸附水中氨氮影响因素 9
3.1.1 时间对吸附率和吸附量的影响 9
3.1.2 投加量对吸附率和吸附量的影响 10
3.1.3 溶液初始浓度对吸附率和吸附量的影响 11
3.1.4 吸附温度对吸附率和吸附量的影响 12
3.1.5 pH对吸附率和吸附量的影响 13
3.2 吸附动力学 14 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
3.2.1 吸附动力学方程 14
3.2.2 吸附动力学拟合结果与讨论 15
3.3 吸附等温线 18
3.3.1 吸附等温模型 18
3.3.2 吸附等温线分析 19
结 论 21
参考文献 22
致 谢 24
附 表 25
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
水是人类生存的生命线，是人类经济发展和社会进步的生命线，是实现可持续发展的物质基础[1]。我国人口基数众多，人均淡水资源仅为世界平均水平的1/4、美国的1/5，排名仅是世界121位，是世界上人均水资源最匮乏的国家之一。其中洪水径流和一些散布在偏远地区的地下水难以被利用，实际上能利用的淡水资源更少，仅为11000亿立方米左右[2]。而在近十几年来，我国的化学化工行业发展迅速，对环境造成了严重的污染[3]。水资源匮乏和水污染严重已经成为长期困扰我国的重要问题，地表水水体污染问题一天比一天严重，水中氨氮含量首次成为我国地表水水环境质量好坏的首要指标。而对于氨氮问题来说，最主要的问题还是来源于焦化废水。据估计，全国有60%的焦化企业存在或有过含氮废水和COD不达标排放的经历。因此，对焦化废水的治理是当前水环境治理的重要课题之一。而现阶段为了尽快处理水污染问题，一方面必须改良现有的污水处理工艺，另一方面也需要开发新的低投资高回报的氨氮废水处理工艺。而无机硅钙材料有着良好的吸附性能，对于有毒难降解的有机焦化废水有较好的吸附效果，因此，研究价廉、效高的无机硅钙吸附材料对焦化的吸附效果是目前水处理吸附材料研究中的重要内容之一。
1.2 硬硅钙石的特性和制备方法
1.2.1 硬硅钙石的特性
随着材料科学的不断发展，各类新型的无机材料和复合材料层出不穷，其中硬硅钙石材料的发展尤为迅速。硬硅钙石主要具有密度小、抗压抗折、导热系数低、加工设备和步骤简单、加工能耗较低、制备原料取材广泛、可重复利用、对人体影响小等优点，被广泛应用于各个行业领域。
在所有的水合化硅酸钙产物中，硬硅钙石是具有最好的耐热性且分子中结晶水含量是最低的一种产物。可用动态水热合成，耐高温、密度低且硬硅钙石纤维易溶于人体体液，因此，相比较于石棉纤维和一般硅酸铝纤维而言，硬硅钙石对人体的影响十分细微，所以在使用过程中是十分安全的，是一种绿色环保的对人体无害的高级新型材料。
1.2.2 硬硅钙石制备方法
硬硅钙石材料结构为6CaO?6SiO2?H2O，一般使用动态水热法先制备出硬硅钙石料浆后，加入纤维，再压滤成块状，烘干后即可得到成品。其工艺流程图如图11所示。
/
图11 硬硅钙石制备工艺流程
Fig.11 Preparation of hard silica calcium stone preparation process
动态水热合成对比静态水热合成而言，是在前者的基础上，在硬硅钙石由料浆变为球藻状团聚体的过程中对料浆不停的搅拌，从而确保了固相颗粒物不会沉淀下来，而是悬浮于液相中[4]，这样可以加快硬硅钙石团聚体的形成，更高效地制备出硬硅钙石材料。
由动态水热法合成出的硬硅钙石颗粒呈粉状，其结构是由纤维状晶体集合成的“球藻状”团聚体，晶体之间存在着肉眼不可见的空隙，因此硬硅钙石颗粒的气孔率较大，从而导致硬硅钙石的接触表面积比一般的材料大得多，这也是硬硅钙石吸附性能较好的原因之一[4]。
1.2.3 硬硅钙石材料的现状
在距今70多年的1946年的美国，欧文斯康宁纤维玻璃公司[5]首先发明了硅酸钙型材料。日本在20世纪70年代成功以活性料浆法（也称动态水热合成法）生产出硬硅钙石。而我国从70年代开始研究美国发明的硅酸钙型材料并成功在80年代初由中国建筑材料科学研究院开发出硬硅钙石型材料。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 硬硅钙石的特性和制备方法 1
1.2.1 硬硅钙石的特性 1
1.2.2 硬硅钙石制备方法 2
1.2.3 硬硅钙石材料的现状 2
1.3 焦化废水的特性和主要处理方法 3
1.3.1 焦化废水的特性 3
1.3.2 焦化废水的主要处理方法 3
1.4 水中氨氮的测定方法 4
1.5 研究内容与技术路线 4
第二章 实验部分 6
2.1 实验试剂与仪器 6
2.1.1 实验试剂 6
2.1.2 实验仪器 6
2.1.3 主要实验试剂的配制 6
2.2 实验与分析方法 6
2.2.1 硬硅钙石的制备 6
2.2.2 硬硅钙石对水中氨氮的吸附 7
2.2.3 水中氨氮浓度的测定 7
第三章 结果与讨论 9
3.1 硬硅钙石吸附剂吸附水中氨氮影响因素 9
3.1.1 时间对吸附率和吸附量的影响 9
3.1.2 投加量对吸附率和吸附量的影响 10
3.1.3 溶液初始浓度对吸附率和吸附量的影响 11
3.1.4 吸附温度对吸附率和吸附量的影响 12
3.1.5 pH对吸附率和吸附量的影响 13
3.2 吸附动力学 14 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
3.2.1 吸附动力学方程 14
3.2.2 吸附动力学拟合结果与讨论 15
3.3 吸附等温线 18
3.3.1 吸附等温模型 18
3.3.2 吸附等温线分析 19
结 论 21
参考文献 22
致 谢 24
附 表 25
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
水是人类生存的生命线，是人类经济发展和社会进步的生命线，是实现可持续发展的物质基础[1]。我国人口基数众多，人均淡水资源仅为世界平均水平的1/4、美国的1/5，排名仅是世界121位，是世界上人均水资源最匮乏的国家之一。其中洪水径流和一些散布在偏远地区的地下水难以被利用，实际上能利用的淡水资源更少，仅为11000亿立方米左右[2]。而在近十几年来，我国的化学化工行业发展迅速，对环境造成了严重的污染[3]。水资源匮乏和水污染严重已经成为长期困扰我国的重要问题，地表水水体污染问题一天比一天严重，水中氨氮含量首次成为我国地表水水环境质量好坏的首要指标。而对于氨氮问题来说，最主要的问题还是来源于焦化废水。据估计，全国有60%的焦化企业存在或有过含氮废水和COD不达标排放的经历。因此，对焦化废水的治理是当前水环境治理的重要课题之一。而现阶段为了尽快处理水污染问题，一方面必须改良现有的污水处理工艺，另一方面也需要开发新的低投资高回报的氨氮废水处理工艺。而无机硅钙材料有着良好的吸附性能，对于有毒难降解的有机焦化废水有较好的吸附效果，因此，研究价廉、效高的无机硅钙吸附材料对焦化的吸附效果是目前水处理吸附材料研究中的重要内容之一。
1.2 硬硅钙石的特性和制备方法
1.2.1 硬硅钙石的特性
随着材料科学的不断发展，各类新型的无机材料和复合材料层出不穷，其中硬硅钙石材料的发展尤为迅速。硬硅钙石主要具有密度小、抗压抗折、导热系数低、加工设备和步骤简单、加工能耗较低、制备原料取材广泛、可重复利用、对人体影响小等优点，被广泛应用于各个行业领域。
在所有的水合化硅酸钙产物中，硬硅钙石是具有最好的耐热性且分子中结晶水含量是最低的一种产物。可用动态水热合成，耐高温、密度低且硬硅钙石纤维易溶于人体体液，因此，相比较于石棉纤维和一般硅酸铝纤维而言，硬硅钙石对人体的影响十分细微，所以在使用过程中是十分安全的，是一种绿色环保的对人体无害的高级新型材料。
1.2.2 硬硅钙石制备方法
硬硅钙石材料结构为6CaO?6SiO2?H2O，一般使用动态水热法先制备出硬硅钙石料浆后，加入纤维，再压滤成块状，烘干后即可得到成品。其工艺流程图如图11所示。
/
图11 硬硅钙石制备工艺流程
Fig.11 Preparation of hard silica calcium stone preparation process
动态水热合成对比静态水热合成而言，是在前者的基础上，在硬硅钙石由料浆变为球藻状团聚体的过程中对料浆不停的搅拌，从而确保了固相颗粒物不会沉淀下来，而是悬浮于液相中[4]，这样可以加快硬硅钙石团聚体的形成，更高效地制备出硬硅钙石材料。
由动态水热法合成出的硬硅钙石颗粒呈粉状，其结构是由纤维状晶体集合成的“球藻状”团聚体，晶体之间存在着肉眼不可见的空隙，因此硬硅钙石颗粒的气孔率较大，从而导致硬硅钙石的接触表面积比一般的材料大得多，这也是硬硅钙石吸附性能较好的原因之一[4]。
1.2.3 硬硅钙石材料的现状
在距今70多年的1946年的美国，欧文斯康宁纤维玻璃公司[5]首先发明了硅酸钙型材料。日本在20世纪70年代成功以活性料浆法（也称动态水热合成法）生产出硬硅钙石。而我国从70年代开始研究美国发明的硅酸钙型材料并成功在80年代初由中国建筑材料科学研究院开发出硬硅钙石型材料。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jzgc/jzx/356.html
