镁铝水滑石材料吸附去除水中溶解硅的效能与机理研究

编号：CYYJ04619

篇名：镁铝水滑石材料吸附去除水中溶解硅的效能与机理研究

作者：张帅

关键词： 水滑石; 改性; 溶解硅; 吸附; 再生;

机构： 山东师范大学

摘要： 在工业废水尤其是煤化工废水的回用项目中,由于废水中的溶解硅含量普遍较高,导致反渗透处理系统易发生硅酸盐结垢,从而严重影响反渗透膜系统的使用寿命及系统的稳定运行。因此,研究煤化工废水中溶解硅的去除具有重要的理论意义和应用前景。 本文以水中溶解硅为研究对象,采用实验室制备的镁铝水滑石（MgAl-LDO）和铁掺杂镁铝铁水滑石（MgAl Fe-LDO）材料作为吸附剂开展吸附除硅试验,探究水滑石吸附水中溶解硅的效能与机理。通过调整水滑石材料的制备参数如:元素选取、金属比例、焙烧温度等,系统考察其对除硅性能的影响规律,筛选最佳制备条件;考察吸附剂投量、溶解硅浓度和溶液初始p H值等关键参数对水滑石除硅效能的影响,确定除硅性能最优的运行条件;考察水滑石对实际煤化工废水中溶解硅的去除效能,评价其削减实际化工废水中溶解硅的效能及稳定性;探究水滑石材料的再生药剂选取及再生效果,评估其在实际应用中的成本效益,为水滑石体系吸附吸附溶解硅提供基础数据和科学依据。主要研究内容和成果如下: （1）镁铝水滑石吸附剂制备的最佳条件为:金属Mg/Al为2且煅烧温度为500°C。在投加量为2.5 g/L的MgAl-LDO时,可以在60 min时去除86.4%的溶解硅。溶液初始较高的p H值有助于水滑石材料吸附去除溶解硅。Cl-和SO42-对MgAl-LDO除硅效能有轻微抑制作用,而CO32-对MgAl-LDO除硅抑制作用较为明显。SEM、FTIR、XRD表明实验室成功制备水滑石材料,焙烧后材料与未焙烧的材料相比,表面积明显增大,吸附位点增多,且水滑石材料应用除硅后,硅酸盐作为层间离子重构了水滑石层状结构。MgAl-LDO除硅的动力学伪二级模型表明吸附方式为化学吸附,粒子内扩散模型表明吸附方式主要受表面扩散影响。吸附等温线表明MgAl-LDO吸附方式为单层吸附,对溶解硅最大吸附量为49.6 mg/g。 （2）通过掺杂铁元素对MgAl-LDO进行改性,制备MgAl Fe-LDO水滑石材料,试验表明MgAl Fe金属比例为8:3:1时具有最佳的除硅效果,在60 min时,可以去除96.4%以上的溶解硅。水体初始高p H值有助于吸附除硅。Cl-和SO42-对MgAl Fe-LDO除硅效能有轻微抑制作用,而CO32-对MgAl Fe-LDO除硅效能抑制明显。吸附动力学表明MgAl Fe-LDO的吸附除硅方式为化学吸附,主要受到表面扩散影响,其次受内扩散影响。吸附等温线表明MgAl Fe-LDO吸附方式为单层吸附,对溶解硅最大吸附量为57.6 mg/g。 （3）0.025 M NaOH和0.025 M的Na2CO3的混合液可以有效再生水滑石材料,且再生四次后可以吸附去除58%的溶解硅。以某煤化工一级RO进水和浓水为对象,MgAl Fe-LDO和MgAl Fe-LDO对实际废水依然有不错的除硅效果。 本课题通过制备镁铝水滑石材料吸附水中溶解硅,采用铁掺杂增强镁铝水滑石材料对溶解硅的吸附,提出水滑石材料回收再生的有效方法,提高了水中溶解硅的吸附去除效率,可以有效降低废水中溶解硅的问题,实现了低成本、高效吸附去除溶解硅的目的,为RO预处理中削减水中溶解硅的处理拓宽了思路。