離子束改性粉煤灰微觀結構及吸附性能的機理研究

《離子束改性粉煤灰微觀結構及吸附性能的機理研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由王相勤擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：離子束改性粉煤灰微觀結構及吸附性能的機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王相勤
• 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院

項目摘要

粉煤灰的處置和污水的治理一直以來都是環境保護和可持續發展的重要問題。改性粉煤灰處理廢水存在一個突出的問題就是粉煤灰的吸附容量有限，這可能是由於目前常用的化學改性方法大部分僅局限於粉煤灰顆粒表面進行活化，而沒有對其內部結構進行充分的處理和利用。本項目以低能離子束刻蝕技術為新的切入點，對粉煤灰顆粒實施剝離、刻蝕等修飾，通過對粉煤灰顆粒內、外表面結構的同步活化，研究粉煤灰微觀結構變化與其物理、化學吸附性能提高的相關性；最佳化離子注入參數，研究離子束改性粉煤灰的表觀微結構，以及結構變化與吸附位點的關係，探討離子束改性粉煤灰微觀結構及吸附性能的機理，為提高改性粉煤灰的利用效率提供可靠的實驗依據和理論基礎。

結題摘要

以低能離子束刻蝕技術為新的切入點，對粉煤灰顆粒實施刻蝕修飾，最佳化離子注入參數，研究離子束改性粉煤灰的表觀微結構的變化，探討離子束改性粉煤灰微觀結構及吸附性能的機理，為提高改性粉煤灰的利用效率提供可靠的實驗依據和理論基礎。另外，對實驗室前期研究的改性粉煤灰絮凝劑配方進行改進，並對絮凝劑的回收利用進行研究以降低水處理的經濟成本；最後，從生態安全性角度考慮，利用秀麗隱桿線蟲和大鼠分別對粉煤灰絮凝劑的毒性進行評價。 1.利用BET比表面積的測定結果和掃描電鏡的觀察發現，在篩選出最佳條件（5keV, 15Í2.5Í1015 ions/cm2） 的氮離子束注入不僅可以在粉煤灰球體表面留下大量刻痕，而且可以有效地濺射分解球體顆粒之間的雜質，從而提高了粉煤灰的比表面積。 2.通過XRD、ICP、XPS、FT-IR研究表明，氮離子注入可以有效的破壞粉煤灰表面的Si-O、Al-O等化學鍵，而且還可能注入其中取代氧原子和矽形成氮化 矽（Si3N4）。 綜上所述，氮離子注入粉煤灰是一個物理濺射和化學重組並存的過程。 3. 粉煤灰絮凝劑配方改進：以不同濃度的稀鹽酸代替濃鹽酸，參照總磷、總氮和濁度的去除率，確定 3M鹽酸改性粉煤灰時能獲得最好的絮凝效果，同時3M鹽酸屬於稀酸在空氣中不會揮發，與濃鹽酸相比，3M鹽酸對環境危害要小很多，因此最後確定選用3M鹽酸作為粉煤灰改性劑。 對絮凝劑進行回用，最佳的回用方式是絮凝劑與藻細胞形成的藻絮體充當磁鐵礦粉使用，回用一次與未回用時的絮凝效果相當。採用該回用方式能回用5次以上，回用效果與未回用時相比，各指標去除率略有提高。 4.利用模式生物秀麗隱桿線蟲的存活率和大鼠急性口服實驗對絮凝劑進行毒理學評價。結果表明，低濃度鹽酸改性粉煤灰絮凝劑對兩種生物無急性毒性，並在安全性上比高濃度鹽酸改性的粉煤灰絮凝劑略有提高