硅酸钙改性及其处理焦化废水的实验研究

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硅酸钙是粉煤灰经提取高铝粉后产生的一种工业废弃物,对污染物具有一定的吸附性能,已有专门的研究,但对其改性未见报道。  本文以硅酸钙为原料,首先研究了改性方法并进行改性,筛选最适宜的改性方法;其次在选择超声波改性后,采用静态单因素及正交实验确定改性硅酸钙制备工艺参数;再利用改性后的硅酸钙处理焦化废水,研究不同吸附操作条件对改性硅酸钙吸附性能的影响;最后通过吸附等温模型和吸附动力学方程探讨其吸附机理。研究结果如下:  (1)通过对硅酸钙进行酸、盐及超声波改性处理,其中超声波改性方法在去除效果及改性成本两方面占有一定的优势,研究选用超声波对硅酸钙进行改性处理。  (2)超声波改性硅酸钙最佳改性操作条件分别为:固液比为1:9;超声波振荡时间为45min;超声波功率为70W;超声波水浴温度为50℃的改性条件下,制得的改性硅酸钙对COD与NH3-N的去除率达到最高,分别为43.77%、48.69%。  (3)X射线衍射(XRD)及扫描电镜结果表明,经改性后硅酸钙所含活性SiO2的含量增加及生成碳酸钙,同时其孔道结构变得密实、呈膨松态,吸附性孔道增多,比表面积增大,利于吸附的进行。  (4)超声波改性硅酸钙处理焦化生化出水时,最佳吸附操作条件为:在室温下,投加量为2g/100ml;振荡时间为45min;pH=6的条件下,COD与NH3-N的去除率分别为41.16%、66.16%。在相同的实验条件下,改性硅酸钙的吸附性能明显高于硅酸钙、粉煤灰,对 NH3-N的去除率高于活性炭的约15%,对 COD的去除率低于活性炭的约15%。  (5)吸附动力学实验结果表明:改性硅酸钙吸附 NH3-N更符合 Langmuir吸附等温线模型,吸附过程以单分子层吸附为主,饱和吸附量Qm达6.77mg/g,较硅酸钙的提高约89.6%。改性硅酸钙对NH3-N的吸附过程较符合二级动力学模型。吸附速率由膜扩散和内扩散共同控制。  综上可知,可通过超声波空化作用所引发的能量效应和机械效应对硅酸钙进行改性,使其结构和表面化学性质发生改变,从而提高其吸附能力。
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