【摘要】： 載體誘導(dǎo)沉淀結(jié)晶技術(shù)的特點(diǎn)是在沉淀反應(yīng)體系中人為地加入大量合適的誘晶載體粒子，使沉淀反應(yīng)加速，并使沉淀物隨誘晶載體粒子一起沉降，從而使化學(xué)沉淀工藝時(shí)間大大縮短。文獻(xiàn)表明，該技術(shù)在國內(nèi)研究報(bào)道很少，國外研究主要關(guān)心去除對象的脫除情況，而缺少理論研究。為此，本文較系統(tǒng)地研究了石英砂誘導(dǎo)CaCO_3沉淀反應(yīng)動力學(xué)、熱力學(xué)及其誘導(dǎo)機(jī)理，石英砂誘導(dǎo)沉淀結(jié)晶軟化水，石英砂誘導(dǎo)CaF_2沉淀結(jié)晶脫氟及其誘導(dǎo)機(jī)理。 在攪拌反應(yīng)器中研究了沉淀劑Na_2CO_3加入量、石英砂粒子加入量、攪拌強(qiáng)度、溫度對石英砂誘導(dǎo)CaCO_3沉淀反應(yīng)的影響。通過測定反應(yīng)過程中的Ca~(2+)濃度、pH值，并根據(jù)相關(guān)平衡關(guān)系計(jì)算相應(yīng)的CO_3~(2-)濃度。首次得到石英砂誘導(dǎo)CaCO_3沉淀反應(yīng)動力學(xué)方程：r=k′ S[Ca~(2+)][CO_3~2]+b；石英砂粒子濃度約250g／L時(shí)、無石英砂粒子時(shí)，CaCO_3沉淀反應(yīng)活化能分別為14.07KJ／mol、31.74KJ／mol。說明石英砂在反應(yīng)動力學(xué)上誘導(dǎo)CaCO_3沉淀反應(yīng)。 在攪拌反應(yīng)器中研究了有無石英砂粒子時(shí)CaCO_3沉淀反應(yīng)的誘導(dǎo)時(shí)間、啟動過飽和度和剩余過飽和度。通過測定沉淀劑Na2CO_3加入后體系中Ca~(2+)濃度的變化確定誘導(dǎo)時(shí)間。根據(jù)誘導(dǎo)時(shí)間與沉淀劑加入量的線性擬合方程得到誘導(dǎo)時(shí)間為零時(shí)的沉淀劑加入量即反應(yīng)啟動需要的沉淀劑加入量。沉淀體系中Ca~(2+)濃度穩(wěn)定時(shí)認(rèn)為沉淀反應(yīng)結(jié)束。分別測定上述兩種情況下體系中的相關(guān)參數(shù)，計(jì)算得到CaCO_3沉淀反應(yīng)的啟動過飽和度和剩余過飽和度。在25℃時(shí)，與無石英砂粒子時(shí)相比，濃度約100g／L的石英砂粒子使CaCO_3沉淀反應(yīng)的誘導(dǎo)時(shí)間縮短5-6min；濃度約100g／L的石英砂粒子使啟動過飽和指數(shù)從1.6降到1.44；濃度約74g／L、250g／L的石英砂粒子分別使剩余過飽和指數(shù)從0.421降到0.398、0.371。說明石英砂在反應(yīng)熱力學(xué)上誘導(dǎo)CaCO_3沉淀反應(yīng)；石英砂粒子濃度越大，反應(yīng)結(jié)束時(shí)體系越穩(wěn)定。 通過電泳、紅外光譜測定和化學(xué)分析研究了誘導(dǎo)沉淀反應(yīng)中石英砂粒子的表面荷電特性、表面特征基團(tuán)及對Ca~(2+)、F~-的吸附情況。發(fā)現(xiàn)石英砂粒子的表面特征基團(tuán)為羥基；石英砂粒子對Ca~(2+)、F~-有吸附作用，且隨體系pH值增大，對Ca~(2+)的吸附能力增強(qiáng)；在石英砂誘導(dǎo)CaCO_3沉淀反應(yīng)中，石英砂粒子表面荷負(fù)電；在石英砂誘導(dǎo)CaF_2沉淀反應(yīng)中，石英砂粒子表面荷正電。結(jié)合表面絡(luò)合吸附模式及沉淀體系的酸堿性，得出在石英砂誘導(dǎo)CaCO_3、CaF_2沉淀反應(yīng)中，石 西安建筑科技大學(xué)博士學(xué)位論文 英砂粒子的主要表面荷電形式分別為:二XO一、二XOCa+，進(jìn)而提出石英砂粒子表面的雙電層 結(jié)構(gòu)分別為:{2m〔二xo一〕·(m一x)C尹}2x-xG尹、{m〔三x0Ca+〕·(m一x)F一} x+xF一。由上述雙電層結(jié)構(gòu)可見，表面雙電層中至少含有一種沉淀物的構(gòu)成離子時(shí)固體粒子才能 誘導(dǎo)沉淀反應(yīng)。 通過對比攪拌懸浮態(tài)和流化態(tài)石英砂體系中軟化、脫氟穩(wěn)定需要的水力停留時(shí)間和出水濁 度，分析了石英砂粒子懸浮方式對軟化速度、脫氟速度和軟化沉淀物、脫氟沉淀物在石英砂上 粘附的影響。攪拌懸浮態(tài)石英砂粒子濃度為8%(V/V);流化態(tài)石英砂粒子濃度為52.7%(vN)。 在攪拌懸浮態(tài)石英砂體系中軟化水時(shí)，軟化穩(wěn)定需要的水力停留時(shí)間為10rllixl，且反應(yīng)結(jié)束時(shí) 體系濁度增加很大;在流化態(tài)石英砂體系中軟化水時(shí)，軟化穩(wěn)定需要的水力停留時(shí)間為:簇 0.47 Ilnin，且進(jìn)出水蝕度不變;在攪拌懸浮態(tài)石英砂體系中脫氟時(shí)，脫氟穩(wěn)定需要的水力停留 時(shí)間為4min，且反應(yīng)結(jié)束時(shí)體系濁度增加很大;在流化態(tài)石英砂體系中脫氟時(shí)，脫氟穩(wěn)定需要 的水力停留時(shí)間為:簇0.377n血，且進(jìn)出水濁度不變。說明在流化態(tài)石英砂體系中的軟化速度、 脫氟速度較大，且軟化沉淀物、脫氟沉淀物均粘附在流化態(tài)石英砂粒子上;流化床反應(yīng)器比攪 拌反應(yīng)器更適于石英砂誘導(dǎo)沉淀結(jié)晶軟化水及脫氟。 在流化態(tài)石英砂誘導(dǎo)沉淀結(jié)晶軟化水連續(xù)試驗(yàn)中，連續(xù)試驗(yàn)時(shí)間為40h，進(jìn)水參數(shù)為: Ca2+1.貨劉mo比、總硬度2.36nuno比、堿度248mmo比、s時(shí)一1 .29nnno比、PH7.sl、濁度3井 度。在連續(xù)試驗(yàn)過程中，出水濁度、軟化穩(wěn)定需要的水力停留時(shí)間分別為2一5度、(0.471 mill; 在出水中caZ+濃度剛穩(wěn)定時(shí)，出水中caZ十濃度和總硬度分別為:0.43 nunoVL、0.86~OFL: 在連續(xù)試驗(yàn)5h后，出水中c之濃度和總硬度分別為0. lllYUno比、0.55n加幻比;顯微圖像顯示， 沉淀物容易粘附在石英砂粒子表面粗糙之處;%.46%(側(cè)w)的沉淀物為C翻C偽.說明流化態(tài) 石英砂誘導(dǎo)沉淀結(jié)晶能夠連續(xù)穩(wěn)定地軟化水:搜蓋CaC伍的石英砂粒子對C副C偽沉淀反應(yīng)的 誘導(dǎo)能力大于石英砂粒子本身的誘導(dǎo)自幼;在軟化水中使用表面粗糙的石英砂粒子利于沉淀物 的粘附。 在流化態(tài)石英砂誘導(dǎo)沉淀結(jié)晶脫氟中，對Fee79.sm泌、蝕度為1度的酉己水，脫氟穩(wěn)定需要 的水力停留時(shí)間為:簇0.377min;出水濁度為l度;出水中F一濃度可達(dá)4.33m叭，該濃度達(dá)到 了污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(。B名卯8-88)10In叭的要求.說明石英砂誘導(dǎo)沉淀結(jié)晶可用于工業(yè)廢水 脫氟。
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2004
【分類號】：X703

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號：2761905