PRB材料改性造粒及去除重金屬的效果和機理研究.pdf

1、礦山及其尾礦庫的重金屬污染問題廣泛存在，隨著其逐漸顯露出的社會和經濟危害性，重金屬污染防治成為了當今世界的研究熱點與難題。滲透性反應墻（PRB， Permeable Reactive Barrier）技術是一種新興地下水污染原位修復技術，填充于墻體的反應介質是決定修復效果的關鍵因素。本項目組的前期研究表明，鋼渣是去除地下水重金屬的理想原位材料之一，但實際應用過程中，存在鋼渣物理性能不高，長期運行影響地下水滲透性的問題。本文選取鋼渣作為主

2、要的PRB材料，使用混配和造粒工藝對其進行改性，采用4因素5水平二次正交旋轉組合實驗設計和響應面優(yōu)化分析進行方案優(yōu)化，以期獲得最佳材料配方方案。以最佳設計方案下制備的顆粒產品為實驗材料，進行材料的水穩(wěn)性,吸附重金屬（鉛,鋅,鎘,砷）性能,物相表征測試，以獲得改性機制及吸附重金屬的機理。主要結論如下：
　　（1）在鋼渣改性實驗中，捏合-破碎成型為最佳工藝；膨潤土添加量,鋸末添加量,燒制溫度,保溫時間是影響顆粒材料性能的主要因素，其中

3、燒制溫度是主效應因子，當其取值范圍在[469.03℃,643.39℃]，而膨潤土添加量,鋸末添加量,保溫時間等三個因素分別為[4.31％,5.07%],[4.93%，6.98%]和[2.82 h,3.43 h]時，材料水穩(wěn)性及其對四種重金屬（鉛,鋅,鎘,砷）的吸附性能處于最優(yōu)水平。
　?。?）確定了以膨潤土添加量為5%，鋸末添加量為5%，保溫時間為3h，燒制溫度為400℃,500℃,600℃的方案，進行優(yōu)化材料的制備；長期水穩(wěn)性測

4、定結果顯示，三種材料均有著良好的水穩(wěn)定性能，隨時間增長穩(wěn)定性稍有降低，但仍維持在90%左右的較高水平。
　　（3）材料對重金屬的靜態(tài)吸附過程可用Langmuir和Freundlich等溫吸附方程擬合，其 R2值大都在0.8以上；材料對砷的吸附是快反應過程，而對鉛,鋅,鎘的吸附反應在12 h后基本達到平衡；共存離子（Ca2+, PO43-）濃度達10 mg/L后，材料對砷的吸附率不再繼續(xù)提高，但共存離子不影響材料對其他重金屬的吸附；

5、吸附-解吸實驗發(fā)現三種材料再生性能普遍較差，而解吸劑對吸附鎘后的材料有比較高的解吸效率。
　　（4）BET和SEM分析結果表明，改性造粒后的材料形貌粒徑增加，隨著燒制溫度升高孔徑更大,孔隙率更高；FTIR譜圖分析發(fā)現，參與吸附過程的官能團主要有-OH, C=O, Fe-O, Si-O，推斷重金屬與以上含氧官能團發(fā)生了化學反應；XRD結果分析發(fā)現，吸附鉛,鋅,鎘,砷后生成的化合物包括 Pb5O3(OH)4/PbSO4?PbO, Ca