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本课题组在去除含硫酸根阴离子废水的研究基础上研制出一种新型无机混凝铝盐处理剂,为了拓展该处理剂在环境保护中的应用,我们开展了本论文的研究。国内外对该处理剂在废水处理领域的应用开展了一些研究,但多数集中于硫酸根离子,对于重金属污染物特别是六价铬离子的吸附去除研究较少。本文制备了一种以七铝酸十二钙(Ca12Al14O33)为主的无机混凝吸附剂,并系统研究了该吸附剂对废水中六价铬[Cr(Ⅵ)]有害阴离子(CrO42-、Cr2O72-)的吸附行为的研究与机理。
试验通过高温煅烧的方法制备了该吸附剂。经晶体粉末衍射仪对该吸附剂进行的衍射分析,确认该吸附剂的主要成分为七铝酸十二钙等。同时,试验结果表明,制备该吸附剂过程中原料组分(CaCO3):(Al2O3)最佳质量比为1:2~1:4,煅烧温度控制在1360℃~1400℃之间。这种化合物对含铬(Ⅵ)废水的去除效果表明,该化合物对铬(Ⅵ)的处理效果能够达到单因素铬的饮用水水质要求。
试验研究了吸附剂对废水中Cr(Ⅵ)的吸附行为。结果表明,吸附去除率受反应时间、吸附剂投加量、废水初始浓度等以及干扰电解质的影响,pH值、沉降放置时间对去除效果基本无影响。该吸附剂的投加量为3g/L左右时,对25mg/L含Cr(Ⅵ)废水处理最佳吸附平衡时间为2h,其2h后的吸附去除率达99.7%,吸附去除率随吸附投加量增加而增加、随废水初始浓度的增加而降低,最终出水水质中Cr(Ⅵ)单因子指标可达到单因素铬的饮用水水质要求。干扰电解质硫酸盐(SO42-)和碳酸盐(CO32-)的存在也会降低该吸附剂的吸附去除率。
吸附机理研究表明,该吸附剂对铬(Ⅵ)的吸附符合BET吸附等温方程,为多层吸附。吸附反应动力学研究表明是吸附分为三个不同时段,反应时间段Ⅰ反应速率随时间的推移迅速下降,反应时间段Ⅱ反应速率为恒定值,反应时间段Ⅲ反应速率迅速上升,然后按照指数递减方式开始递减。吸附机理表现为:吸附反应时间段Ⅰ为层间外表面吸附,反应时间段Ⅱ为层间内表面吸附,反应时间段Ⅲ为Al(OH)3胶体粒子吸附,形成吸附架桥和卷扫絮凝沉淀。