超声波辅助水溶液球磨去除污染水体中六价铬的研究

摘要

本论文主要研究了超声波辅助水溶液球磨（即超声球磨法）去除污染水体中的六价铬Cr(Ⅵ)效果。对比了超声法，球磨法以及超声球磨法对污染水体中Cr(Ⅵ)的去除效率。对超声波辅助水溶液球磨处理污染水体取样，再对样品进行二苯碳酰二肼分光光度计测定，总铬浓度测定，荧光强度测定，X射线衍射检测，XPS检测，探究了超声球磨法对污染水体中Cr(Ⅵ)的去除机理。通过改变Cr(Ⅵ)的初始pH值，球液比以及超声频率;加入不等量的还原铁粉;通入不同气体，探究工艺参数对超声球磨法去除污染水体中Cr(Ⅵ)的影响。
　　(1)超声球磨法，球磨法，超声法都能够还原Cr(Ⅵ)污染水体，并且三种方法的还原速率快慢顺序为超声球磨法＞球磨法＞超声法。对于初始浓度为42mg/L，83mg/L，166mg/L Cr(Ⅵ)污染水体，超声球磨法在超声频率为20kHz，加入2kg铁球的条件下将1200mL的污染水体还原到0.5mg/L以下分别需要2min，10min，120min。
　　(2)超声球磨法处理Cr(Ⅵ)污染水体时，样品中澄清液的Cr(Ⅵ)浓度和总铬浓度都是随时间不断减少直到检测不到，可知超声球磨法能够将污染水体中的Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ)并且沉淀下来。通过对沉淀物进行XPS、XRD检测分析知沉淀物中的铬价态都为+Ⅲ，排除了Cr(Ⅵ)被吸附的可能性，并且Cr(Ⅵ)最终以Cr(OH)3、FeCr2O4的形式沉淀。荧光测定结果说明在超声球磨法中有自由基离子的产生，并且这些自由基离子参与到反应中。通过以上结果分析超声球磨法去除污染水体中Cr(Ⅵ)的作用机理为:Cr(Ⅵ)与零价铁接触，在氢自由基和氢离子的作用下发生氧化还原作用生成Cr(Ⅲ)的沉淀物Cr(OH)3和FeCr2O4附着在铁球表面，再通过超声空化作用和球磨的冲击剥落行为使得沉淀物从铁球上剥离，从而产生新的零价铁层。新的零价铁层又会与六价铬反应，周而复始，直到Cr(Ⅵ)被还原完全。
　　(3)通过改变初始pH值，球液比以及超声频率;加入不等量的还原铁粉，通入不同的气体，探究了超声球磨法的工艺参数对污染水体中的Cr(Ⅵ)去除速率的影响，并对不同条件下的Cr(Ⅵ)去除速率进行了拟一级动力学研究。实验结果表明pH值越低和加入还原铁粉越多，则Cr(Ⅵ)去除速率越快。在超声球磨法装置合适的球液比为1.7∶1kg/L，合适的频率为20kHz，通入不同气体去除速率快慢顺序为氩气＞空气＞氮气＞氧气。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 背景及意义

1．1．1 地表水污染状况

1．1．2 铬元素性质及存在状态

1．1．3 六价铬的来源及危害

1．2 六价铬的去除技术

1．2．1 物理方法

1．2．2 生物方法

1．2．3 化学方法

1．2．4 零价铁还原法

1．3 超声球磨法

1．3．1 超声波

1．3．2 超声球磨法

1．4 论文研究意义、目的及主要内容

1．4．1 论文研究意义和目的

1．4．2 论文研究内容

第2章 实验器材及实验方法

2．1 实验设备及其工作原理

2．2 实验材料和方法

2．2．1 实验主要仪器

2．2．2 实验材料

2．2．3 实验主要方案

2．3 样品表征及检测

2．3．1 六价铬浓度的测定(二苯碳酰二肼分光光度法)

2．3．2 总铬浓度测定

2．3．3 荧光强度测定

2．3．4 X射线衍射分析

2．3．5 XPS检测分析

2．3．6 pH值检测

第3章 超声球磨法去除污染水体中六价铬的机理研究

3．1 超声球磨法处理不同浓度六价铬污染水体

3．1．1 浓度为42mg／L六价铬污染水体

3．1．2 浓度为83mg／L六价铬污染水体

3．1．3 浓度为166mg／L六价铬污染水体

3．1．4 去除六价铬的协同作用分析

3．1．5 六价铬浓度变化小结

3．2 超声球磨法处理六价铬污染水体中总铬分析

3．3 超声球磨法处理六价铬污染水体中自由基离子分析

3．4 超声球磨法处理六价铬污染水体中XRD结果分析

3．4．1 六价铬污染水体中沉淀物XRD图谱分析

3．4．2 有无六价铬水体中沉淀物XRD对比图谱分析

3．5 超声球磨法处理六价铬污染水体中XPS结果分析

3．6 超声球磨法去除污水中六价铬机理分析

3．6．1 超声波去除六价铬作用

3．6．2 球磨去除六价铬作用

3．6．3 超声球磨法去除六价铬作用

3．7 本章小结

第4章 超声球磨法去除污染水体六价铬的工艺参数研究

4．1 pH值

4．1．1 pH值对六价铬浓度的影响

4．1．2 不同pH值的反应动力学分析

4．2 球液比

4．2．2 球液比对六价铬浓度的影响

4．2．2 不同球液比的反应动力学分析

4．3 还原铁粉

4．3．1 还原铁粉对六价铬浓度的影响

4．3．2 不同还原铁粉的反应动力学分析

4．4 频率

4．4．1 频率对六价铬浓度的影响

4．4．2 不同频率的反应动力学分析

4．5 气体氛围

4．5．1 气体氛围对六价铬浓度的影响

4．5．2 不同气体氛围的反应动力学分析

4．6 本章小结

结论

展望

参考文献

致谢

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