硅酸钙滤料析碱机理及过程控制方法研究-市政工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 独 创 性 说 明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 安徽工业大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表 示了谢意。 签名 日期： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解安徽工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文,必威体育官网网址的论文在解密后应遵循此规定。 签名 导师签名 日期： 安徽 安徽工业大学硕士学位论文 摘 要 具有多孔结构的硅酸钙材料（如水化硅酸钙、硬硅钙石、雪硅钙石、托勃莫来石 等）通过释放钙离子和氢氧根离子，吸附溶液中磷酸盐，并可以形成有利于羟基磷酸钙 生成的微环境，促进高品质磷回收。由前期研究成果微孔硅酸钙除磷机理的研究表明， 其除磷关键在于硅酸钙自身供碱释钙性能，然而已有的研究并未涉及材料保持碱性氛围 和提供钙离子的机理等方面的研究。本研究目标重点即为制备新型硅酸钙滤料，掌握硅 酸钙滤料析碱特性和析碱机理，阐明滤料内部碱性氛围的形成机理和作用，并探索滤料 钙离子和氢氧根离子溶出过程的控制方法。 通过以上内容的研究，得到如下结论： 以 CaO 和 SiO2 为原材料，通过添加粘结剂（水泥）和成孔剂（铝粉），经反应釜 高温蒸汽养护制备出多孔硅酸钙滤料。通过单因素实验考察滤料供碱释钙量和持久性确 定制备硅酸钙滤料的最佳制备条件：钙硅比（摩尔比）为 3:4，水料比为 0.6（质量百分 比），铝粉添加量为 0.8%，恒温温度为 180°C，恒温时间为 4 h。同时，试验结果显 示，不同条件下制备的硅酸钙滤料的浸出液 pH 值与 Ca2+溶出浓度的正相关性。 采取水介质下的静态浸出试验，考察粒径、振速、温度、投加量四个因素对最优条 件制备的硅酸钙滤料供碱释钙性能的影响。结果表明：粒径对滤料供碱释钙量的影响大 于对其碱和钙溶出速率的影响，振速对两者均有影响，温度的影响作用不明显，投加量 越多，溶出量增长幅度越小。 采取水介质下的动态浸出试验，考察流动方式、堆积量等因素对最优条件制备的硅 酸钙滤料供碱释钙性能的影响。结果表明：滤料供碱释钙由初始快速释放过渡到均匀释 放，间歇进水时，进入均匀释放阶段，滤料溶出 pH 值由 11 下降到 10.22，降幅 0.8pH 单位，历时 16 天，日平均降幅 0.05pH 单位，同时，Ca2+浓度由 44 mg/L 降至 14 mg/L，日平均下降不到 1.88 mg/L，所得降幅值约为持续进水时的一半，并且，持续进 水时的溶出规律与其堆积量减半时基本一致。 根据静态投加量试验结果，结合 Ca(OH)2 电离化学方程式和离子强度、离子活度等 公式，将 Ca2+浓度换算成的 pH 值与实测 pH 值进行比较，发现两者基本吻合，进而验 证了使硅酸钙滤料供碱和释钙两者具有显著正相关性的原因是滤料析出的 Ca(OH)2。 硅酸钙滤料钙溶出动力学行为符合一级扩散方程和 Elovich 方程，说明滤料钙溶出 过程符合慢反应扩散机制，其释放速率不仅由颗粒内扩散控制还包括其他影响因素控 制，再加上扫描电镜，X 射线能谱仪（EDS）、XRD 对浸出前、后滤料的表征结果， I - 分析得出滤料析碱过程包括产碱过程和析出过程。 硅酸钙滤料供碱释钙速率主要由滤料内硅酸钙矿物水化速度控制，同时，滤料结构 对其溶出量控制作用明显，在此双重作用的影响下，使得硅酸钙滤料具备缓慢释放钙离 子和氢氧根离子的特性。因此，硅酸钙材料采用滤料形式制备可实现控制释放。 关键词：硅酸钙；滤料；溶出性能；析碱机理 II - Abstract Calcium silicate materials (e.g. Calcium Silicate Hydrate, Xontlite, Hydrowollastonite, Tobermorite, etc.) with porous structure release calcium ions and hydroxide ions to adsorb phosphate in the solution and to generate microenvironment which is productive for the formation of hydroxyapatite and then to recovery of high-quality phosphorus. The preliminary study