四氧化三铁磁珠富集回收污水中重金属离子铬酸根的研究开题报告

 2022-08-27 08:08

全文总字数:5532字

1. 研究目的与意义(文献综述)

随着科技的高速发展,人们生活水平日益提高,与此同时,环境污染也愈加严重。其中,由重金属或其化合物造成的重金属污染引起了各国的高度重视,重金属含量超标不仅会恶化环境质量,也严重危害人体健康,因此解决该问题迫在眉睫。

重金属污染主要表现为水污染,工业污染源如金属矿、煤及石油的开采、冶炼、加工中ce、cr、pb、hg、ti的排放,废旧电池业中cd、ni、mn等的泄漏,城市化建设中高压汞灯、霓虹灯等的不当处理均会加剧水体重金属污染。污水中的重金属即使浓度较小,但可在藻类等水生植物和底泥中累积,改变细胞的生物功能结构,抑制光合作用、呼吸作用及功能酶活性,甚至改变核酸组成,而后通过鱼和贝类的体表吸附,逐渐随食物链传递,产生浓缩效应,浓度超过阈值则会使动植物中毒、死亡,从而造成公害。除环境危害外,污水中重金属也严重危害人体健康,与人体内多种功能蛋白或酶发生相互作用,从而抑制机体正常活动,损坏神经组织及具解毒功能的关键器官。对人体毒害最大的有五种:铅、汞、砷、铬、镉。铬摄入过量易得鼻炎、结核病、腹泻、支气管炎、皮炎等,汞食入后直接沉入肝脏,对大脑、神经、视力破坏极大,镉则会导致高血压,引起心脑血管疾病。

目前,重金属污水处理的方法大致可分为三类:化学法;物理化学法;生物法。化学法主要包括化学沉淀法,氧化还原法和电解法,利用化学反应、电化学性质转变重金属的物理化学状态从而分离出来,主要适用于较高浓度重金属离子污水的处理,是目前国内处理污水的主要方法。物理化学法主要包含溶剂萃取分离、离子交换法、渗透膜及物理吸附法。其中物理吸附法最为经济简便,是处理低浓度重金属污水的公认方法,国内外逐渐开发出多种具吸附功能的吸附材料,如改性沸石、壳聚糖、海泡石、硅藻土及蒙脱石等。生物处理法借助微生物和水生动植物的吸附、絮凝、吸收、富集作用净化水体,是较新的应用方法,但生物体本身对重金属的耐受所带来的局限性还需进一步研究。污水中重金属浓度低且分散,种类各异,反应过程复杂,降低浓度减毒的过程中,某些重金属可能被氧化成高毒性状态,如三价铬可氧化为毒性更大的六价铬,因此重金属污水处理强调高灵敏、特异性、成本低廉且最好实现富集回收,传统处理方法如化学沉淀、电解法、离子交换法等一般难以达到以上要求。众多方法中吸附法因操作简单、吸附率高、成本低而被广泛使用,但大多吸附剂选择性差,难再生,易产生二次污染,吸附后吸附剂与废水难分离,因此制约了传统吸附材料在实际过程中的应用。近年来,国内外研究聚焦于一种新型吸附材料——磁性纳米材料,因其具备超顺磁性、表面效应且吸附性能好,回收脱附高效简便,大大降低制备成本,在重金属污水处理领域的应用受到越来越多的关注。目前应用较广的磁性纳米材料主要有四氧化三铁颗粒、磁赤铁矿颗粒、铁酸盐磁性材料及它们的改性材料。现阶段大多磁性纳米材料仍处在试验期,未大规模投入使用,如何以低成本制备吸附效率更高的磁性纳米材料,探索特定重金属离子最高效的吸附条件是亟需解决的问题。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容:

本课题拟对四氧化三铁磁性纳米离子的制备,其对水溶液中cr(vi)的吸附作用机理及多种实验因素对吸附过程的影响进行研究。主要内容如下:采用共沉淀法制备四氧化三铁磁珠,并对所制得的磁珠进行形貌表征、粒径分析、磁吸附性能分析等工作。查阅文献,实施可行精确的cr(vi)检测方法并绘制适当的标准曲线供因素探讨。以共沉淀法制备的四氧化三铁磁性纳米颗粒为吸附剂处理含cr(vi)的水溶液,研究该磁珠对溶液中cr(vi)的吸附行为,以单一变量实验考察吸附时间、cr(vi)初始浓度、四氧化三铁磁珠含量、ph值、温度、不同种类盐离子等因素对去除过程的影响,以多因素正交实验确定最佳实验条件。通过数据分析建立吸附动力学模型,比对langmuir吸附模型和freundlich吸附模型,探讨四氧化三铁纳米粒子去除溶液中cr(vi)的吸附机制。

2. 2目标:

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3. 研究计划与安排

第1-2周:初步了解课题,确认需要完成的主要任务;调研相关学术论文、期刊、专利等资料,阅读中英文文献后进行总结,明确课题方向;完成开题报告。

第3-4周:开题,确定实验技术方案,整理并购买实验所需仪器、材料及试剂。检索资料,商讨确定具体的实验方案及步骤。

第5-7周:完成探究实验的前期准备工作:制备四氧化三铁磁性纳米磁珠并进行表征,确定材料可进行后期实验;绘制cr(vi)浓度的标准曲线,确定检测方法的可行性和精确性。提交阶段性报告。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]刘霞,徐强,张翰林,等. 聚合多巴胺包覆的磁性微球吸附cr(Ⅵ)[j].环境工程. 2017,35(6): 49-53.

[2]李珺. 基于磁性纳米fe_3o_4功能化修饰及对酸性黑10b和cr(Ⅵ)的吸附研究[z]. 陕西科技大学, 2017.

[3]朱梦飞,史茂敏,陈秀梅,等. 原位氧化fe_3o_4膜对水溶液中cr(Ⅵ),pb(Ⅱ)和cd(Ⅱ)的去除性能[j]. 热加工工艺.2017(10): 174-176.

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