离子交换树脂处理模拟含镉废水的研究.doc
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1、各专业全套优秀毕业设计图纸 吉 首 大 学 JISHOU UNIVERSITY本科生毕业论文 题目名称 离子交换树脂处理模拟含镉废水的研究 学生姓名 学 院 生物资源与环境科学学院 专业年级 2006级环境科学专业 指导教师 职称 教 授 编写时间 2010年5月 目 录摘 要1关键词1Abstract1Key words11前言22 仪器和材料32.1 药品32.2 实验仪器33 实验方法33.1镉含量的测定33.2 模拟废水的配制33.3 D401的预处理43.4 树脂的选择43.5静态吸附平衡实验43.5.1不同温度下的静态吸附43.5.2 pH对平衡吸附量的影响43.5.3静态吸附动力
2、学实验54结果与分析54.1树脂的选择54.2 等温吸附曲线54.3不同pH值的含镉废水溶液对吸附量的影响84.4D401的加入量对吸附量的影响94.5 静态吸附动力学分析105.结论11参考文献:12致 谢:13离子交换树脂处理模拟含镉废水的研究李伟指导老师:彭清静(吉首大学生物资源与环境科学学院,湖南 吉首 416000)摘 要:通过采用模拟含镉废水对732、D401和D405树脂的吸附量进行对比,选择D401树脂为研究对象,并且考查了D401树脂加入量、吸附温度、吸附时间、pH值不同时对废水中Cd2+的吸附规律。结果表明:D401对含镉废水的吸附量随含镉废水的初始浓度的升高而增大;随温度
3、的升高D401对含镉废水的吸附量呈上升趋势;D401对含镉废水的吸附符合Freundlich等温模型;D401对Cd吸附速率的主要控制步骤为颗粒内扩散控制。该树脂吸附操作简单,易再生,不产生二次污染,有望用于含Cd2+ 废水的治理。关键词:镉离子废水;吸附; D401树脂The Research on Adsorption of Cd2+ Waste water with D401 resinLI-WeiSupervisor:PENG Qing-jing(College of Biology and Environmental Science, Jishou University, Jisho
4、u 416000)Abstract: With the static experiments,D401 and D405 732 resin adsorption capacity By using simulation of wastewater containing cadmium,law of adsorption of Cd2+ waste water with D401 resin,under given conditions,such as activated carbon mass, adsorption temperature,adsorption time,and pH va
5、lue were studied. The result indicated that the adsorption capacity of Cd2+ waste water by D401 resin increased with increase of the initial concentration of Cd2+ waste water and it decreased with rise of the temperature. The adsorptive capacity of Cd2+ waste water by D401 resin obeyed the Freundlic
6、h isothermal.The adsorption of Cd2+ on the resin was an endothermic process.The resin can be used in wastewater treatment .Key words:D401resin; Cd2+ waste water; adsorption1 前言镉是一种对人体有害的元素,在自然界多数以化合态存在,它可以通过食物链在人体蓄积,或者直接作用于人体而引发急、慢性镉中毒。急性镉中毒主要表现为发热、咳嗽、乏力、胸闷、肢体酸痛等1;慢性镉中毒主要表现为尿镉升高,病情继续发展会造成肾脏、肝脏及肺部损害,
7、并伴有骨质疏松症和骨质软化症。我国和日本2都曾经出现过污染区镉中毒的情况。镉对人体的危害已引起了世界各国的重视,各国均制定了相应的国家标准。我国规定工业废水中镉的最高排放浓度为0.1mgL-13。含镉废水在排放前必须进行处理,以达到排放的要求,避免污染中毒事件的发生。因此,含镉废水的有效处理刻不容缓,研究、开发高效、经济的含镉废水的处理技术,具有重大的社会、经济和环境意义。镉可作为原料或催化剂用于生产电池、塑料、颜料和试剂;还可作为生产不锈钢、合金、电视机荧光屏等的原料;另外镉还是原子核反应堆用控制棒的材料之一3。镉的广泛应用造成了它的环境污染,相当数量的镉通过废气、废水、废渣排入环境。含镉废
8、水的来源主要包括金属矿山的采选,冶炼,医药,陶瓷,无机颜料制造,电镀,纺织印染及某些照相废液等。镉以各种化学形态存在,在进入环境或生态系统后就会存留、积累和迁移,造成对生态环境的危害。目前,含镉废水的处理主要有化学沉淀法、离子树脂交换法、电解法、膜分离法、生物法等4。化学沉淀法处理含镉废水,该法具有工艺简单、操作方便、经济实用的优点,特别适用于镉离子浓度较高的水体中镉的去除废水中的大部分镉离子,但不能将镉回收利用,沉渣的堆放会造成二次污染,很难达到绿色环保的要求,有待进一步解决。电解法处理含镉废水,镉去除率高,可回收利用等优点,已应用于废水的治理,但该法成本比较高,一般经浓缩后再电解经济效益较
9、好,这也限制了电解法的应用推广。膜分离法5处理含镉废水具有分离效率高、耗能低的优点,同时可以回收镉金属,但膜组件的设计困难,投资也比较高,影响了膜法的应用。生物法处理电镀废水具有处理效果好、适应性强、操作控制简单等优势,有着广阔的发展前景,但应用并不广泛,因为工艺中有许多问题有待解决。离子交换法处理含镉废水,因出水水质好6,7,可回收有用物质,适用于处理浓度低而废水量大的含镉废水等优点,曾得到广泛的应用。离子交换法应用于含镉废水处理的主要功能有:(1)去除重金属镉离子,以应对日趋严格的排放标准;(2)回收废水中有价值的金属镉;(3)提高水的循环利用率,节约日益匮乏的水资源;(4)减少环境污染1
10、0。本文以含镉离子废水为研究对象,采用D401对该废水进行处理,研究D401对含镉废水的吸附特性。2 仪器和材料2.1 药品 氯化镉;盐酸;氢氧化钠;食盐,(市售);732型、D401型、D405型,购自江苏苏青树脂公司。2.2 实验仪器等离子体光谱发射仪(ICP-AES-6300,美国热电公司),电子天平(AUY-120型,日本岛津公司),数字酸度计(pH-3C型,上海顺鹏科技有限公司),全温振荡培养箱(HZQ-F160型,中国.哈尔滨东联电子技术有限公司)。 3 实验方法3.1镉含量的测定(1) 镉标准溶液的配制:称取经150干燥2 h的基准氯化镉(优级纯)1.632 g,用二次蒸馏水将其
11、溶解,加入(1+1)硝酸2 mL,用去二次蒸馏水定容至500 mL,摇匀,其Cd2+浓度为1.000 mg/ml。(2) 样品测定:取树脂吸附后的上清液1 mL,用二次蒸馏水稀释到10ml,与标样分别进样,用ICP分析仪进行测量溶液中镉含量。3.2 模拟废水的配制准确称取16.32g CdCl2,放入烧杯中用约100mL去离子水溶解后放入250mL容量瓶中,并多次少量用去离子水洗涤烧杯,洗涤水也放入容量瓶中,然后用去离子水稀释至刻度,配制成含镉为10 g/L的镉工作液。含镉模拟废水用镉工作液加水并加入适当酸碱调节剂而成。3.3 D401的预处理首先称取树脂各加100g,分别加近饱和食盐水浸泡1
12、2h以上;再用去离子水洗35次,然后用3% HCl溶液浸泡4h以上,然后用去离子水洗到近中性;最后用3% NaOH溶液浸泡2h以上,然后用去离子水洗到近中性。3.4 树脂的选择用镉工作液配制成pH=5、浓度为500 mg/L的含镉废水,取100 mL 3份分别放入3个锥形瓶中,并分别加入不同种树脂2 g,在温度为20,转速为120转/分下振荡12h,然后取样检测各种树脂吸附镉离子的浓度(mg/L)。3.5静态吸附平衡实验3.5.1不同温度下的静态吸附取出部分预处理好的树脂,用滤纸吸干水份后准确称取0.2g若干份,分放于250ml的三角瓶中,分别加入100ml含镉金属离子初始浓度为100、200
13、、300、400、500、600mg/L的溶液,在一定温度下恒温震荡12h以上,取样检测溶液的浓度,并计算出该平衡浓度下的平衡吸附量。据公式:Qe=V(C0- Ce)/W式中, Qe平衡吸附量,mg/gV 加入的溶液体积,LC0初始浓度,mg/LCe平衡浓度,mg/LW加入的树脂质量,g3.5.2 pH对平衡吸附量的影响取出部分预处理好的树脂,用滤纸吸干水份后准确称取0.2g若干份,分放于250ml的三角瓶中,采用盐酸溶液和氢氧化钠溶液调节水样的pH值,分别为1,2,3,4,5,然后在一定温度下恒温震荡12h以上,取样检测溶液的浓度,并计算出该平衡浓度下的平衡吸附量。3.5.3静态吸附动力学实
14、验取出部分预处理好的树脂,用滤纸吸干水分后准确称取0.2g若干份,分放于250ml的三角瓶中,分别加入同体积、同浓度的镉金属离子溶液,在恒定温度下振荡,在15、30、45、60、75、90min时取样检测溶液的浓度,并计算出相对应的吸附量。4结果与分析4.1树脂的选择不同树脂对镉的吸附情况见下表:表1各种树脂吸附镉的比较Table 1 The influence of different resin on adsorptive capacity树脂类型 镉的平衡浓度(mg/L)平衡吸附量(mg/g)732 1.77 29.912D401 0.036 29.998D405 420.1 3.995
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