介电泳间接去除水中重金属离子及其去除效率的研究

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文章阐述了介电泳的基本原理,概述了介电泳理论模型的建立与发展;综述了介电泳时间、电压、电场强度、频率和粒子直径等相关物理参数对介电泳的影响,并介绍了介电泳在物理领域的应用进展,其中详细介绍了该技术在无机方面的研究进展和优势。概括介绍了目前的重金属废水的去除方法及相关研究。利用介电泳显微静态研究的全套系统,研究三种无机颗粒和吸附了重金属的无机颗粒的介电迁移规律;并利用动态微流体装置,研究了吸附了重金属的空心微球的介电迁移规律;进一步完善了研究介电泳去除重金属效率的设备,利用原子吸收法测定了重金属的去除率。   通过一系列实验得出如下结论:   1.显微静态研究吸附重金属前后无机颗粒的介电迁移的影响因素及规律   在显微静态研究装置中,通过实验确定了研究方法及研究对象。选择了三种无机颗粒(空心微球、二氧化硅、氧化铝),最终选择了空心微球和二氧化硅颗粒作为重金属离子吸附物,研究其吸附重金属前、后的介电泳情况。   (1)介电泳现象:空心微球和二氧化硅颗粒吸附重金属前后低频均发生了正介电泳现象,高频均发生了负介电泳。并且空心微球在一定条件下发生成链现象。   (2)无机颗粒的形状:空心微球为规则的球体,利于简化为球形微粒模型进行研究,二氧化硅和氧化铝颗粒为不规则的形状。   (3)电压:介电场中捕获的无机颗粒的数量随着电压的升高而增多。   (4)电场强度:颗粒与电极尖端的距离,随着电压和电场强度的增加而增大。   (5)频率:在不同的频率范围观察到了正、负介电泳现象,并发现空心微球和二氧化硅,在低频时吸附于电极尖端区域和电极边缘,高频时吸附于相邻电极间。   (6)介电泳时间:介电泳时间越长,电极捕获的无机颗粒越多。   (7)粒径:不同种类的无机颗粒适宜研究和分离的粒径范围不同。空心微球为4-7um。   2.显微动态研究吸附重金属后空心微球的介电捕获的影响因素及规律   (1)电极阵列:沿溶液流动方向,被电极条捕获的颗粒数量呈现出逐级递减的趋势。   (2)流速:流速极大程度上影响吸附重金属空心微球的去除效果。通过实验确定的最适流速,空心微球的去除效果最佳。   (3)频率:空心微球在低频时吸附于电极尖端区域电极边缘,高频时集中吸附于相邻电极间。   (4)电压:在适宜电压范围内,电压越高,捕获颗粒的数量越多、粒径的范围越广。   3.介电泳去除重金属设备的完善,以及Cd2+去除效率的研究   进一步完善了介电泳去除水体中重金属的设备,该装置可以吸附去除吸附重金属的空心微球,利用原子吸收法测定了重金属的去除率,且去除效率较高,实验结果的去除率可高达98.4%。
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