改进动力学模型在铅污染治理中的应用

发布时间：2020-05-12 13:50

【摘要】：在对铅污染的处理中,需要对实际应用中的多个因素进行分析,如时间对污水中的二价铅离子的去除率的影响、吸附剂的实际分子结构模型等等。本文采用了多种方法针对上述问题做了下面相关的研究:1.针对水溶液中铅离子的去除,先合成柠檬酸-水滑石的材料,并利用X-射线衍射仪(XRD)、场发射电镜扫描(SEM)等先进设备对材料进行了相关的表征和分析。针对批实验的动力学过程,首先针对最为常用的拟一级动力学模型和拟二级动力学模型进行多角度的对比和分析,在对实际实验和拟合效果的对比后,以拟二级动力学模型为基础,针对实际的实验数据,做相应地的改进和优化,提升了动力学模型对实验的拟合效果。2.在对柠檬酸水滑石的结构做理论计算后,获得柠檬酸水滑石比较稳定的理论模型。同时,针对柠檬酸水滑石的理论模型,通过运用主成分分析、K-means聚类和分层聚类的聚类分析方法对理论计算过程中,柠檬酸根的空间结构的变化过程进行分析,找到了一个与最终结果不同的柠檬酸根的空间结构,对日后的理论计算提供了丰富的数据。3.合成了三种氧化铁材料并在三种氧化铁对铅离子去除的实验中应用改进的动力学模型,通过运用X-射线衍射图谱(XPS)和磁滞回线(VSM)等仪器和其他批实验对氧化铁的机理及氧化铁去除铅离子的机理进行探究和计算。在相关的实验和计算中,改进的动力学模型证明了铅离子的吸附动力学过程更加符合拟一级动力学方程,材料的吸附性能受pH和温度的影响而离子强度对整个过程的影响微乎其微,同时相关的热力学实验证明整个吸附过程是吸热且能够自发进行的。本文通过对动力学模型的改进和聚类方法的使用,对促进铅污染的治理产生了重要的作用。
【图文】：

２．３结果与讨论逡逑２．３．１动力学实验前的材料结构的表征与计算逡逑图２－ｌ（ａ）是ＬＤＨ和Ｃｉｔｒｉｃ－ＬＤＨ的ＦＴ－ＩＲ红外光谱。在图中３５２７邋ｃｍ－１处的振逡逑动带是由ＬＤＨ表面０Ｈ基团的伸缩振动产生的。在柠檬酸插Ｍ改性镁铝水滑石逡逑后，柠檬酸Ｃ＝０羰基与０Ｈ基团发生相互作用，使得０Ｈ的振动位置偏移到３４５２逡逑ｃｍ＿ｌ。除此之外，两个材料在６４３邋ｃｒｒｆ１和４４７邋ｃｍ－１处出现的吸收峰证实『Ａ１－０逡逑和Ｍｇ－０键的存在［４５］。同时，Ｄ３ｈ内存在的Ｎ０３？导致了邋ＡＩ－０和Ｍｇ－０的偏移，逡逑是ＡＩ－０和Ｍｇ－０晶格振动的主要原因。另外，在１２６５邋ｃｎＶ１和１６２８邋ｃｍ“处出现逡逑的吸收峰是ＣＨ２伸缩的特征。而出现在丨４００逦的特征峰可以归因于Ｃ＝０的逡逑振动％１。这鸣结果清楚地表明，柠檬酸迎过相互作⑴成功地改变了邋ＬＤＩＩ的表面逡逑官能团。逡逑（ａ）逦（ｂ＞逦（００３）逡逑ｃｒｉｉｉｒ－ｉ．ｍｉＨ逦１逡逑ＪＵ＇Ｔ逡逑ｕ／逦１６４９邋ｉ—Ｕ逦？逡逑３５００逦３０００逦２５００逦２０００逦１５００逦！０００逦５（Ｍ）逦ｎ邋ｉ0邋２０逦３０逦４０逦５０邋ＷＪ邋７０逦８０逡逑Ｗａｖｉ＇ｎｕｍｌｉｅｒ邋（ｃｍ邋＇）逦２邋Ｔｈｅｌａ邋（ｄｅｇｒｅｅ）逡逑图２－１水滑石和Ｃｉｔｒｉｃ－ＬＤＨ在ＦＴ－丨Ｒ傅里叶红外图谱（图（ａ））和ＸＲＤ（图（ｂ））逡逑图２－ｌ（ｂ）比较了加入柠檬酸钠前后的Ｍｇ－Ａｌ水滑石在ＸＲＤ衍射图谱上的变逡逑化，显示了邋Ｃｉｔｒｉｃ－ＬＤＨ和ＬＤＨ在水滑石的结晶程度ｌ４７＿４８Ｌ邋Ｘ射线衍射图表明，逡逑Ｃｉｔｒｉｃ－ＬＤＨ的主要衍射峰与作对比Ｍｇ－Ａｌ邋ＬＤＨ相一致

据在（００３）、（００９）、（０１２）、（０１５）和（０１８）峰面在ＸＲＤ图谱上形成的反射［４９’５Ｑ】。利逡逑用布拉格方程（ｄ逦２邋Ｘ邋＝邋０．１５４ｎｍ）进行计算，层与层之间隙ｄ值（ｄＧＱ３）为逡逑０．７４邋ｎｍ。同时Ｃｉｔｒｉｃ－ＬＤＨ衍射峰的宽度明显增大。如图２－１所示，与没有进行逡逑改性的水滑石相比，Ｃｉｔｒｉｃ－ＬＤＨ的结晶度和尺寸明显缩小。综上，在合成ＬＤＨ逡逑的过程中加入的柠檬酸钠限制了邋ＬＤＨ的晶体生长，对其结晶度有轻微的改变。逡逑图２－２是通过扫描电镜观察Ｃｉｔｒｉｃ－ＬＤＨ的形貌和微观结构，图２－２（ａ）和图２－逡逑２（ｂ）显示。材料的晶体较小，形状不规则，与图２－１中ＸＲＤ衍射峰的半峰宽度较逡逑宽相一致。逡逑图２－２不同分辨率下的Ｃｉｔｒｉｃ－ＬＤＨ扫描电镜图像显示出不同的形貌逡逑ＸＰＳ光谱通过研究原子的激发态来分析Ｃｉｔｒｉｃ－ＬＤＨ表面相互作用，并深入逡逑探讨二价铅离子吸附前后官能团的氧化态。ＸＰＳ所有的光谱图如图２－３所示。图逡逑２－３（ａ）为宽扫描，，两条曲线均由主要元素峰组成，如Ａ１２ｐ，邋Ｍｇ２ｐ，Ｏｌｓ和Ｃｌｓ。逡逑由图２－３（ｂ）可知，在二价铅离子被吸附后，〗３８．６ｅＶ和ｌ４３．６ｅＶ的衍射峰可归因逡逑于Ｐｂ４ｆ的衍射
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703

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本文编号：2660315