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纳米铁粉制备方法研究及应用
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典型阴离子在纳米铁表面的竞争吸附模型研究
【摘要】：通过实验室实验研究了纳米铁对砷酸根、磷酸根及硫离子三种典型致污阴离子的吸附模式，从吸附去除效率、吸附动力学和吸附等温线三个方面分析讨论了吸附特性和模型。吸附过程包括（1）纳米铁对三种阴离子的单一吸附过程，（2）两种阴离子在纳米铁表面的竞争吸附过程，（3）三种阴离子在纳米铁表面的竞争吸附过程。采用动力学方程模拟了纳米铁砷酸根、磷酸根及硫离子三种阴离子的吸附动力学过程，用吸附等温模拟方程对等温吸附过程经行了模拟和研究。实验结果表明，纳米铁对三种阴离子的单一吸附去除效果较为显著，但在竞争吸附中每一种离子的吸附由于受到竞争的影响导致吸附去除率有较大变化。通过对三种阴离子的吸附去除率的比较发现纳米铁对硫离子的吸附能力最强，对磷酸根的吸附能力次之，对砷酸根的吸附能力最弱。采用拉格尔格伦拟一级和拟二级吸附动力学方程对实验数据进行模拟分析，结果表明纳米铁对这三种阴离子的的吸附过程对两种动力学模拟方程均具有较高的拟合程度。根据动力学模拟方程参数及阿累尼乌斯方程求得反应活化能，通过分析比较发现纳米铁对砷酸根和磷酸根的单一吸附过程属于物理吸附，而对硫离子的单一吸附过程属于化学吸附。竞争吸附条件下，共存离子对目标离子的吸附反应过程的吸附等温模型的分析采用了Freundlich、Langmuir、Temkin、Dubinin–Radushkevich及Flory–Huggins吸附等温线方程模拟分析，分析结果表明纳米铁对砷酸根和磷酸根的吸附符合多层物理吸附模型，而对硫离子的吸附符合单层化学吸附模型。通过Freundlich等温吸附方程的模拟及计算发现纳米铁对三种阴离子的单一吸附过程及对砷酸根和磷酸根的竞争吸附过程均属于优惠型吸附；在硫离子存在的情况下的竞争吸附过程中纳米铁对硫酸根的吸附属于优惠型吸附，而对砷酸根或磷酸根吸附则均属于非优惠性吸附。通过Flory–Huggins等温吸附方程的模拟，可知在单一吸附及竞争吸附条件下，纳米铁对三种阴离子的吸附反应均能够自发进行。
【关键词】：
【学位授予单位】：中国地质大学（北京）【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2013【分类号】：X131【目录】：
摘要5-6Abstract6-7目录7-9第1章 绪论9-20 1.1 研究背景9 1.2 纳米铁简介9-11
1.2.1 纳米铁的理化性质9-10
1.2.2 纳米铁的制备和应用10-11 1.3 砷污染简介11-14
1.3.1 砷盐的物化性质和对人体危害11-12
1.3.2 环境砷污染概况12-13
1.3.3 砷污染的治理13-14 1.4 磷酸盐简介14-17
1.4.1 磷酸盐概述14
1.4.2 磷酸盐污染及危害14-15
1.4.3 磷污染的治理15-17 1.5 硫化物简介17-19
1.5.1 硫化物的物化性质和环境危害17-18
1.5.2 硫化物污染的治理途径18-19 1.6 研究目的和研究意义19 1.7 研究内容19-20第2章 研究材料与方法20-25 2.1 实验材料及仪器20-21
2.1.1 实验材料20-21
2.1.2 实验仪器21 2.2 实验及分析方法21-22
2.2.1 实验方法21-22
2.2.2 分析方法22 2.3 研究方法22-25
2.3.1 吸附动力学研究22-23
2.3.2 吸附等温线研究23-25第3章 纳米铁对典型阴离子的单一吸附研究25-39 3.1 纳米铁对砷酸根的吸附25-30
3.1.1 纳米铁对砷酸根的吸附特征25-27
3.1.2 纳米铁对砷酸根的吸附动力学研究27-28
3.1.3 纳米铁对砷酸根吸附等温线研究28-30 3.2 纳米铁对磷酸根的吸附30-33
3.2.1 纳米铁对磷酸根吸附的吸附特征30
3.2.2 纳米铁对磷酸根吸附的吸附动力学研究30-31
3.2.3 纳米铁对磷酸根吸附等温线研究31-33 3.3 纳米铁对硫离子的吸附33-35
3.3.1 纳米铁对硫离子吸附的吸附特征33
3.3.2 纳米铁对硫离子吸附的吸附动力学研究33-34
3.3.3 纳米铁对硫离子吸附等温线研究34-35 3.4 小结35-39第4章 两种离子在纳米铁表面的竞争吸附研究39-55 4.1 砷酸根与磷酸根在纳米铁表面的竞争吸附39-44
4.1.1 砷酸根与磷酸根竞争吸附的动力学分析39-41
4.1.2 砷酸根与磷酸根竞争吸附等温线模型研究41-44 4.2 砷酸根与硫离子在纳米铁表面的竞争吸附44-48
4.2.1 砷酸根与硫离子竞争吸附等温线模型研究44-46
4.2.2 砷酸根与硫离子竞争吸附等温线模型研究46-48 4.3 磷酸根与硫离子在纳米铁表面的竞争吸附48-52
4.3.1 磷酸根与硫离子竞争吸附的动力学分析48-50
4.3.2 磷酸根与硫离子竞争吸附等温线模型研究50-52 4.4 小结52-55第5章 三种阴离子在纳米铁表面的竞争吸附55-61 5.1 三种阴离子在纳米铁表面竞争吸附的动力学分析55-57 5.2 三种阴离子在纳米铁表面竞争吸附的等温线模拟研究57-58 5.3 小结58-61第6章 结论与建议61-65 6.1 结论61-64
6.1.1 纳米铁对三种阴离子的单一吸附61
6.1.2 两种阴离子间的竞争吸附61-62
6.1.3 三种阴离子间的竞争吸附62-63
6.1.4 三种吸附条件下的结果比较63-64 6.2 建议64-65致谢65-67参考文献67-71附录71
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