气助磁分离连续回收重金属废水中磁性纳米颗粒及其机理初探

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1、学校代码10530学号201510151537分类号TQ586密级公开硕士学位论文气助磁分离连续回收重金属废水中磁性纳米颗粒及其机理初探学位申请人李彩云指导教师李文松副教授/杨运泉教授学院名称化工学院学科专业化学工程与技术研究方向废水处理二〇一八年五月二十日ContinuousrecoveryofMagneticnanoparticlesfromheavyMetalWastewaterbyGas-assistedMagneticSeparationandpreliminarystudyoftheMecha

2、nismCandidateLicaiyunSupervisorAssociateProf.LiWensong/Prof.YangYunquanCollegeCollegeofChemicalEngineeringProgramChemicalEngineeringandTechnologySpecializationWastewaterTreatmentDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateMay,2018摘要超顺磁分离技术是指通过定制的

3、以超顺磁性纳米颗粒为基核的吸附剂对目标污染物产生吸附去除，然后通过外加磁场来简单、快速地从溶液中回收这些吸附剂的技术，该技术因具有简单、高效和快速的优点，近年来已成为重金属废水处理的一个重要的研究热点。然而如何从大体积废水溶液中高效回收弱磁性纳米颗粒仍是该技术面临的一个突出难题。为了解决这一问题，提出将气浮技术耦合到超顺磁分离技术中，建立一种可高效连续从大体积废水溶液中回收弱磁性纳米颗粒的连续气助磁分离技术。研究内容主要分为以下三个方面：（1）首先设计并搭建了连续气助磁分离设备，以Fe3O4/PEG吸附C

4、u(II)、Fe3O4/HA-Na吸附Pb(II)和Fe3O4/PPy吸附Cr(VI)模拟废水为分离体系，在主要因素下，通过添加适量的纳米颗粒使得模拟废水中Cu(II)、Pb(II)、Cr(VI)含量达到排放标准。在获得各原料液流量下连续过程所对应达到稳态所需时间的基础上考察了重金属负载量、pH、气体流速、磁辊转速及转动方式等对连续气助磁分离效率的影响。优化条件下：以超过95%回收率为分离标准，对颗粒浓度0.5mg/mL负载Cu(II)的Fe3O4/PEG与负载Cr(VI)的Fe3O4/PPy磁性颗粒处理

5、规模能达24L/h，负载Pb(II)的Fe3O4/HA-Na磁性颗粒处理规模能达12L/h。（2）进一步以Fe3O4/HA-Na超顺磁性纳米颗粒吸附某钢铁厂废水中Pb(II)为实际分离体系，分析了实际废水中铅含量、pH、离子强度和浊度，通过添加适量的纳米颗粒使得废水中铅含量达到排放标准，此时磁颗粒的初始浓度为1.15mg/mL，在间歇条件下探讨了主要影响因素对气助磁分离效率的影响的基础上，在连续设备上考察了不同气速下对回收该废水中磁性纳米颗粒的处理规模和性能。以超过95%回收率为分离标准，实际废水中处理规

6、模能达24L/h，相同条件下高于0.5mg/mL磁颗粒浓度模拟废水的处理规模12L/h。（3）初步探讨了气助磁分离过程的机理，通过对负载有重金属的磁颗粒表面进行接触角的测量，从气泡与颗粒间疏水作用力的角度对连续气助磁分离过程中的影响规律进行了机理分析。结果表明：重金属离子对磁性纳米颗粒的表面具有改性作用，磁颗粒表面的接触角与所吸附的离子特性相关；强酸和强碱会降低磁颗粒表面的疏水性，这些导致气助磁分离效率降低；离子强度可以较显著的增强气泡与磁颗粒间疏水作用力，大大加快气助磁分离效率。关键词：重金属离子；气助

7、磁分离技术；吸附；超顺磁性纳米颗粒；气浮IAbstractThesuperparamagneticseparationtechnologyreferstothetechniqueofadsorbingtargetpollutantsthroughacustomizedadsorbentbasedonsuperparamagneticnanoparticlesasthecore,andthensimplyandrapidlyrecoveringtheseadsorbentsfromthesolutionby

8、applyingamagneticfield.Becauseofitsadvantagesofsimplicity,highefficiency,andrapidity,technologyhasbecomeanimportantresearchhotspotforheavymetalwastewatertreatmentinrecentyears.However,howtoefficientlyrecoverweakmagn