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随着现代化工业的发展，环境污染越来越严重，其中来源于金属矿山、金属表面处理、冶炼、化工等部门的重金属废水是对环境危害最严重，对人类危害最大的工业废水。我国已将重金属及其化合物列入水中优先控制污染物的黑名单。目前对重金属废水的治理存在治理效果与治理成本二者难以兼顾的问题。 沸石分子筛是一种微孔材料，具有优良的离子交换、催化和吸附性能，在工农业等许多领域中具有广泛的用途和巨大的应用潜力。沸石分子筛具有很大的比表面积，内部还有大小不△同的孔道，孔道内充填有可交换的阳离子。沸石特别适合用作吸附剂，对水中的重金属离子有优异的去除效果。目前工业上应用的沸石分子筛基本上都是由化工原料来合成，故其成本较高，限制了它在实际废水处理中的应用。以天然矿物岩石为原料，制备々高性能、多功能分子筛，有利于简化工艺，降低生产成本，是分子筛研制的新动向。 本项研究在前人研究成果的基础上，克服了其不足之处，以正长岩型金矿尾矿为主要原料，利用碳酸钠作为焙烧配料，采用水热法成功地合成了13X沸石分子筛粉料，并利用合成沸石后的母液，进一步提取K<,2>CO<,3>、Na<,2>CO<,3>及白炭黑等化工产品。整个工艺流程无废水、废渣、废气排放，资源利用率近于100％，其中K<,2>O的回收率为75％以上。采用正交设计法设计实验方案，确定了焙烧的最佳工艺参数：纯碱／矿粉=1:1.75(摩尔比)，温度为845℃，时间为2.5h。水热合成13X沸石的最佳工艺参数：M<,2>O／SiO<,2>(摩尔比，M=Na、K)为2.0，H<,2>O／M<,2>O(摩尔比)为35，晶化时问为8h，晶种加入量为12％H<,2>O。经x射线粉晶衍射分析、扫描电★镜分析、湿化学分析、差热分析表明：合成产物的XRD图、晶格常数、SEM图、化学成分、SiO<,2>／Al<,2>O<,3>及DTA图与上海试剂五厂生产的13X沸石相似。采用分子筛静态水吸附测定方法(GB6286～6287-86)测定，合成〓沸石的吸附量为24～33mg／g分子筛(干基)，优于我国化学工业行业标准(HT7820-92)23mg／g。合成沸石的阳离子交换容量为277.6meq／100g，略高于上海试剂五厂生产的同类产品。并根据最佳工艺参数进行了1.0kg和10.0kg的扩大实验，合成沸石的吸水率分别为：26.58mg／g和27.02mg／g。在大量实验数据的基础上讨论了影响沸石合成的主要因素有：H<,2>0／M<,2>0、M<,2>0／Si0<,2>、晶化时间、晶种；并认为由后沟金矿尾矿合成13X沸石过程中，液相转化机理和固相转化机理均可能存在。 通过吸附实验、解吸实验及浓缩液处理的实验，系统地研究了利用工业合成13X沸石(D1-13X)和本项实验合成的13X沸石(Cc-13X)处理含铬废水的可行性，并设计了完整的处理废水的工艺流程。吸附实验表明：利用本项研究中合成的13X沸石来处理含cr<'3+>废水，对废水的pH值适用范围宽，吸附仅30min，吸附率即达99％以上。当含cr<'3+>废水的初始浓度为20mg／L时，在弱酸性至近中性条件下，达到污水综合排╲放标准(GB8978-88)前，Dl-13X沸石和Cc-13X沸石对Cr<'3+>离子的最大吸附容量分别为15.60mg／g，3.90mg／g。Na<，2>S0<,3>还原六价铬的实验表明：在pH值2.5-3范围内，还原时间短，效果好，且对后续沸石的吸附效果没有负面影响。解吸实验→表明：用90℃的饱和氯化钠溶液将已吸附于沸石中的Cr<'3+>离子解吸下来，Dl-13X沸石解吸率为99.12％，Cc-13X沸石解吸率为96.01％。解吸后的沸石经活化处理，对cr<'3+>离子的吸附效※果仍很好。经五次洗脱，吸附率仍在95％以上。洗脱液中cr<'3+>离子高度富集，对Cr<'3+>离子的回收非常有利。本项研究中，采用在浓缩液中加入Na〈，2〉S·9H〈，2〉0，可使铬生成沉淀达到回收金属铬的目的。浓缩液中Cr〈'3+〉离子的沉淀率在99％以上，为最终回收cr〈'3+〉离子以及洗脱液的循环使用提供了可能。 利用13X沸石对东莞某电镀厂含铬废水的吸附实验表明，Dl-13X沸石与Cc-13X沸石对铬离子的去除率分别为99.96％和99.79％。通过与化学还原法、离子交换法、活性炭吸附法和电解法进行对比，利用1 3X沸石处理重金属废水具有沸石用量少、处理废水体积大、处理时间短、效率高、成本低等优点。

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    关键词：
    沸石分子筛 水热法合成 含铬废水 吸附性能
    作者：
    熊宁
    学位授予单位：
    中【国地质大学(武汉);中国地质大学
    授予学位：
    博士
    学科专业：
    矿物学 岩石学 矿床学
    导师姓名：
    马鸿文
    学位年度：
    2001
    语种：
    中文
    分类号：
    X703