水合氧化物多孔材料的制备表征及吸附机理研究

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重金属钒污染已经严重威胁到了当下环境以及生物系的健康发展,未经达标处理而排放的含钒废水,会对水体、土壤、植被乃至整个生态系统造成严重的影响。此外,我国的铬盐生产约占世界总产量的35%,是铬盐生产大国,在以绿色环保的无钙焙烧工艺为主导的形势下,铬酸盐浸出液中的钒浓度常高达560 mg·L-1(以V5+计),为满足后续铬盐产品的制备需求,必须进行除钒处理。针对溶液中钒离子的去除,研究出一种高效便捷的分离方法是当下势在必行的一项课题。本文首先以K2CrO4为原料,经氢气还原制备出了γ-CrOOH;以CrCl3·6H2O作为铬源,通过添加强碱制备出了介孔Cr(OH)3。随后,细致研究了两种材料对溶液中五价钒离子的静态与动态吸附性能。最后,结合实际水质情况配制了模拟溶液,初步探讨了两种材料实际应用的可行性。主要创新性结果如下:1)系统研究并确定了γ-CrOOH对V5+的最佳吸附条件:溶液pH为2.0、吸附剂用量为60:1(nCr:nV)、适宜的吸附温度为30℃。在此条件下,经过10.0 h的吸附,钒离子出水浓度可由300 mg·L-1降低至0.75 mg·L-1。在有常见离子的存在下,γ-CrOOH的除钒率依然维持在97%以上;钒铬共存模拟液(150250 g·L-1的Na2Cr2O7·2H2O中V5+的浓度为500 mg·L-1),除钒后钒离子浓度可降低至45 mg·L-1以下。γ-CrOOH可实现很好的解吸并且解吸液中的钒离子可实现富集与回收再利用。2)制得的Cr(OH)3其比表面积高达312.70 m2·g-1、孔体积为0.48 cm3·g-1。该吸附剂在溶液pH处于2.09.0的范围内,均可表现出较高的除钒率;经过14.0 h吸附,钒离子出水浓度可由500 mg·L-1降低至0.81 mg·L-1。该吸附过程同样符合拟二级动力学方程与Langmuir等温吸附方程。当溶液中存在常见的阴离子与阳离子时,Cr(OH)3的除钒效率仍高达99.6%以上;钒铬共存模拟液中可有效地将钒离子完全去除。以钠化焙烧-水浸-酸性铵盐沉钒工艺所产生的含钒废水作为参考,配制出的具有相同组分的含钒废水模拟液,经静态吸附处理,溶液中钒离子的去除率可达99.88%。Cr(OH)3同样可实现很好的解吸。3)对γ-CrOOH与Cr(OH)3进行装柱处理,以单床降流式对其动态吸附性能进行了研究。结果表明,较慢的流速、较高的装填高度与低浓度的钒溶液,能够适当的提高动态吸附效率。γ-CrOOH与Cr(OH)3作为新型的介孔吸附材料对V5+具有很好的去除能力,同时具有操作简便,性能优良的特性,为水处理领域的进一步研究提供了很好的参考价值。
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