摘要
中国是目前世界上锑矿产资源最丰富的国家，也是全球最大的锑生产国和出口国，其产量和出口量均占世界的80%左右，其中湖南省位于资江流域的冷水江市锡矿山地区被誉为“世界锑都”。目前，资江干流娄底段中锑浓度超《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）限定值2.84倍，而支流中锑污染现象更加严重，影响了该流域的生态环境健康。由于现有的常规混凝吸附处理技术难以实现对水中存在的低浓度微量重金属锑的有效去除，为此本论文以去除资江流域某矿洞涌水中微量锑为目标，研制了一种成本较低、易从原水中分离且能处理水中低浓度锑并使其达到出水标准的新型复合锰氧化物材料，探讨了Sb（V）浓度、温度、pH、共存离子等因素对新型材料吸附锑的效果，拟合了吸附特性曲线；设计了连续流吸附实验装置，研究了材料的动态吸附特性；借助SEM、TEM-EDX、BET、XRD、XPS和FTIR等手段分析了新型复合锰氧化物材料的特征及其对水中微量Sb的吸附机理，得到的主要结论如下： （1）采用水热法合成了一种由锰粉充分氧化形成的复合锰氧化物材料，其主要成分为Mn3O4、Mn2O3、MnOOH和MnO2。该吸附材料表面粗糙，缝隙和管树状内孔发达，以团簇层结构为主；材料中Mn的价态主要呈现出+3、+4价，氧化能力强；以介孔结构为主，平均孔径为8.7nm，具有明显的非晶形结构特征。 （2）当Sb(V)初始浓度0.5mg/L，复合锰氧化物的投加量为5g/L时，控制吸附条件为：pH=7、温度15℃，在经过6h的吸附后，出水中的Sb浓度能达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中集中式地表水水源地限定值5μg/L的要求；材料经3次脱附再生后，仍可以去除83.4%的Sb(V)。 （3）使用Langmiur方程和Freundlich方程均能很好反映复合锰氧化物对水中低浓度Sb(V)的吸附过程，其吸附过程更加符合Langmiur方程，且根据拟合结果可以得到复合锰氧化物的最大吸附量为21.75mg/g；使用动力学方程对吸附反应进行拟合后发现准二级动力学模型较准一级动力学方程更能反映吸附反应发生的全过程，这说明在反应初期主要进行的是物理吸附，而后期通过离子交换、化学键结合断裂和络合作用的化学吸附过程是Sb(V)在复合锰氧化物上被吸附的主要原因。 （4）当调整填料层高度和进水浓度时，使用Thomas和Yoon-Nelson两种拟合模型均能对复合锰氧化物的动态吸附过程过程进行描述；当填料层高度为10cm，进水流速为6.5ml/min，进水浓度为3.6mg/L时，床层穿透时间为13.13h，耗竭时间为39.61h，其Thomas拟合方程为Ct=3.6、exp[0.03(19.83-Cot)]；Yoon-Nelson拟合方程为In(Ct/3.6-Ct)=0.145t-5.1；根据拟合结果得到复合锰氧化物动态吸附容量约为18.69mg/g，为实际生产运行提供了理论参考数据。
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