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膨润土-钢渣复合颗粒去除酸性矿山废水中重金属离子的机理研究
摘要
酸性矿山废水中重金属离子的去除对环境保护至关重要。本研究以膨润土-钢渣复合颗粒作为吸附剂，对酸性矿山废水中的重金属离子进行去除。通过采用批吸附实验和表征手段，研究了复合颗粒对废水中铅、镉和铬等重金属离子的吸附性能和去除机理。研究结果表明，复合颗粒对重金属离子具有较高的吸附容量和吸附速率。吸附等温线符合Langmuir模型，表明吸附过程为单层吸附。通过FTIR、SEM和XRD等手段对复合颗粒进行表征，发现复合颗粒表面存在丰富的Si-OH和Fe-OH等吸附位点，同时颗粒表面的颗粒结构和孔结构有利于重金属离子的吸附。此外，复合颗粒的吸附性能受废水pH值和温度的影响，碱性条件下的吸附效果优于酸性条件。研究结果表明膨润土-钢渣复合颗粒是一种有效去除酸性矿山废水中重金属离子的吸附材料。
关键词：膨润土-钢渣复合颗粒；酸性矿山废水；重金属离子；吸附性能；去除机理
1.引言
随着人类工业活动的不断扩大，酸性矿山废水中的重金属离子排放成为环境污染的主要来源之一。重金属离子具有毒性和累积性，对环境和人体健康造成严重危害。因此，研究有效的废水处理技术，实现重金属离子的去除和资源化利用具有重要意义。
2.材料与方法
2.1材料准备
本研究选取膨润土和钢渣作为主要原料制备复合颗粒。膨润土经过粉碎和筛分得到颗粒大小在100-200目的膨润土粉末。钢渣经过酸洗和热处理后，得到去除杂质和改性的钢渣粉末。
2.2实验方法
首先，通过批吸附实验研究了复合颗粒对废水中重金属离子的吸附性能。将一定质量的复合颗粒加入不同浓度的重金属离子溶液中，在一定时间内振荡平衡后，用离子色谱仪测定残余离子浓度，计算吸附容量和吸附率。
其次，使用FTIR、SEM和XRD等表征手段对复合颗粒进行表征。通过FTIR分析复合颗粒表面的官能团，通过SEM观察颗粒形貌和孔结构，通过XRD分析结晶相。
3.结果与讨论
3.1吸附性能
批吸附实验结果表明，复合颗粒对铅、镉和铬等重金属离子具有较高的吸附容量和吸附速率。吸附等温线符合Langmuir模型，表明吸附过程为单层吸附。
3.2表征结果
FTIR分析显示，复合颗粒表面存在丰富的Si-OH和Fe-OH等吸附位点，这些官能团有利于重金属离子的吸附。SEM观察显示，复合颗粒具有较大的比表面积和孔结构，有利于重金属离子的吸附和传质。XRD分析结果显示，复合颗粒主要由膨润土和钢渣的晶体相组成。
3.3影响因素
废水pH值和温度是影响复合颗粒吸附性能的重要因素。碱性条件下的吸附效果优于酸性条件。随着温度升高，吸附容量和吸附速率均增加，表明吸附过程为吸热反应。
4.结论
本研究利用膨润土和钢渣制备了复合颗粒，并研究了其对酸性矿山废水中重金属离子的吸附性能和去除机理。研究结果表明，复合颗粒对重金属离子具有较高的吸附容量和吸附速率。复合颗粒表面的官能团和孔结构对吸附过程起到重要作用。复合颗粒的吸附性能受废水pH值和温度的影响。本研究为酸性矿山废水处理提供了一种有效的技术途径。
参考文献
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