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1、 附件1 大学生创新性实验计划项目申请书项目编号 项目名称 新型含铝多层球状重金属吸附剂的研究 项目主持人 徐杨 联系电话15084831204 所在学院 冶金科学与工程学院 学 号 0505100126 专业班级 工程试验班指导教师 刘桂华老师 E-mail 申请日期 2011年9月8日 起止年月 2011年9月至2012年9月 中南大学 填 写 说 明1本申请书所列各项内容均须实事求是，认真填写，表达明确严谨，简明扼要。2申请人可以是个人，也可为创新团队，首页只填主持人，均为参加项目的学生。“项目编号”一栏不填。3本申请书为大十六开本（A4），左侧装订成册。可网上下载、自行复印或加页，但
2、格式、内容、大小均须与原件一致。4主持人所在学院认真审核, 经初评和答辩，签署意见后，将申请书（一式两份）报送中南大学创新办（一办319）。 一、基本情况项目名称新型重金属离子吸附剂-含铝复配物的制备所属学科冶金学科申请金额 20000 元起止年月 2011 年 9 月至 2012 年 9月主持人姓名徐杨性别男民族汉出生年月 1991年 6 月学号0505100126联系电话宅： 手机:15084831204指导教师刘桂华联系电话宅： 手机:13875846305主持人曾经参与科研的情况 指导教师承担科研课题情况主要研究方向氧化铝生产工艺及理论研究，资源综合利用和污染治理。主要业绩对氧化铝生产
3、工艺及基础理论进行有创新性研究，参加国内外“九五”重点攻关及横向研究三十多项，公开发表论文五十余篇。指导教师对本项目的支持情况项目组主要成员姓 名学号专业班级所在学院项目中的分工徐杨050510012610级冶金工程试验班冶金科学与工程学院主持人王舒磊050510013010级冶金工程试验班冶金科学与工程学院记录员贾航050510012510级冶金工程试验班冶金科学与工程学院分析员2、 项目研究的目的和主要研究内容研究目的：一、提高吸附效率 传统的吸附剂或其水解之后生成的固相，粒径比较大，则比表面积较低，从而大大地降低了吸附效率。而含铝复配物可有序分层次缓释出各种吸附剂，使其始终保持较大的比表
4、面积，可显著提高吸附效率。二、解决二次污染传统的吸附、聚沉等方法会产生工业废渣，这些废渣中含有大量重金属，堆积掩埋会造成严重的二次污染，因此需研究一种新型的吸附剂，能够有效的回收重金属且吸附剂本身又能再生。而含铝复配物吸附重金属污染物后，在碱性条件下，能自动溶解，从而达到与重金属分离的目的。不但避免了二次污染的产生，还可对吸附剂进行重复利用，且有效回收了多种重金属，防止了资源浪费。三、降低污水治理成本目前，各工厂普遍通过大量投入吸附剂等化学药剂进行污水治理，且无法回收及重复利用，造成了资源严重的浪费。将含铝物质融合在一起可有序吸附重金属，使每种吸附剂都可以被有效地利用。此法可减少原料的投入，且
5、吸附剂可回收重复利用，因此能有效降低治理成本。研究内容： 首先研究各种含铝化合物对重金属的选择性吸附特性及其吸附效率，选择出合适的含铝化合物作为主要吸附剂。 然后通过实验，研究各含铝化合物水解特性，确定各种化合物的用量及配比。并根据重金属离子的存在形态，选择合适的添加剂改变被吸附重金属化合物表面性质，使其更易被吸附。最后，确定出最佳的吸附剂形状及复配方式。相关化学方程式示意如下：KAl(SO)4H2O=Al(OH)3K2SO4H2SO4 PbAl(OH)3 NaOH NaAl(OH4) Pb 2NaAl(OH)4 CO2 =2Al(OH)3 +Na2CO3 H2O三、国、内外研究现状和发展动态
6、水体污染现状:我国水体重金属污染问题十分突出，江河湖库底质的污染率高达80%。城市河流有35%的河段出现总汞超过地表水类水体标准。46%的河段面总镉超过类水体标准，25%的河段有总铅的超标样本出现。全国近岸海域海水采样品中铅的超标率达62.9%，最大值超一类海水标准49.0倍；铜的超标率为25.9%，汞和镉的含量也有超标现象。作为湖南的母亲河，湘江和湘江流域重金属污染的后果越来越严重。湘江流域局部的正常供水被打断，流域内4000万人口的饮用水安全受到威胁。近年来，每年排放入湘江的污水多达30多亿吨，部分支流和河段由于铅、砷超标造成了水生生物绝迹的现象，湖南省水质监测中心对湘江43个河段进行一次
7、监测中，只有11个河段水质在三类标准以内，达标率仅为256。9年来，总磷、铅显著下降，高锰酸钾指数、氨氮、汞污染有弱下降趋势，砷污染呈不明显上升，镉有显著上升趋势。湘江流域的底泥重金属元素镉(Cd)、Pb、铜(Cu)、锌(Zn)、砷(As)、铬(Cr)均值除Cr含量低于我国土壤环境质量标准中的自然背景值外，其它元素都不同程度的高于自然背景值，六种重金属元素含量的总体变异程度表现为:PbCrCdZnCuAs。仅2007年，湘江流域排放工业废水就达5.67亿吨，生活污水11.19亿吨。尤其是重金属汞、镉、铅、砷等排放量十分突出，成为湘江治理的心腹之患。目前的治理方法目前已开发应用的废水处理方法主要
8、有化学法、物理化学法和生物法，包括化学沉淀、电解、离子交换、膜分离、活性炭和硅胶吸附、生物絮凝、生物吸附、植物整治等方法。化学法主要包括化学沉淀法和电解法，主要适用于含较高浓度重金属离子废水的处理。化学沉淀法的原理是将溶解性的重金属转变为不溶或难溶的金属化合物，从而将其从水中除去。氢氧化物沉淀法是向重金属废水投加碱性沉淀剂（石灰乳、碳酸钠等），使金属离子与氢氧根离子反应，生成难溶的金属氢氧化物沉淀，从而予以分离的方法。设Mn+表示金属离子，则：Mn+nOHM(OH)n。硫化物沉淀法是加入硫化物沉淀剂使废水中重金属离子生成硫化物沉淀除去的方法。与中和沉淀法相比，硫化物沉淀法的优点是：重金属硫化物
9、溶解度比其氢氧化物的溶解度更低，而且反应的pH值在79之间，处理后的废水一般不用中和。硫化物沉淀法的缺点是：硫化物沉淀物颗粒小，易形成胶体；硫化物沉淀剂本身在水中残留，遇酸生成硫化氢气体，产生二次污染。电解法是一种比较成熟的处理技术，能减少污泥的生成量，且能回收Cu、Ag、Cd等金属，已应用于废水的治理。不过电解法成本比较高。物理化学法主要是通过离子交换和膜分离技术，去除水中重金属离子，适用于含较低浓度重金属离子废水的处理。离子交换处理法是利用离子交换剂分离废水中有害物质的方法，应用的离子交换剂有离子交换树脂、沸石等等，离子交换树脂有凝胶型和大孔型。离子交换是靠交换剂自身所带的能自由移动的离子
10、与被处理的溶液中的离子通过离子交换来实现的。推动离子交换的动力是离子间浓度差和交换剂上的功能基对离子的亲和能力，多数情况下离子是先被吸附，再被交换，离子交换剂具有吸附、交换双重作用。由于对离子交换树脂有较高要求，而且成本高、再生剂耗量大，因而在应用上受到很大限制。膜分离法是利用高分子所具有的选择性来进行物质分离的技术，包括电渗析、反渗透、膜萃取、超过滤等。用电渗析法处理电镀工业废水，处理后废水组成不变，有利于回槽使用。含Cu2+、Ni2+、Zn2+、Cr6+等金属离子废水都适宜用电渗析处理，已有成套设备。反渗透法已大规模用于镀Zn、Ni、Cr漂洗水和混合重金属废水处理。采用反渗透法处理电镀废水
11、，已处理水可以回用，实现闭路循环。液膜法治理电镀废水的研究报道很多，有些领域液膜法已由基础理论研究进入到初步工业应用阶段，如我国和奥地利均用乳状液膜技术处理含Zn废水，此外也应用于镀Au废液处理中。膜萃取技术是一种高效、无二次污染的分离技术，该项技术在金属萃取方面有很大进展。 生物法主要包括生物凝法和生物吸附法。目前开发出具有絮凝作用的微生物有细菌、霉菌、放线菌、酵母菌和藻类等共17种，其中对重金属有絮凝作用的有12种。生物吸附法是利用生物体本身的化学结构及成分特性来吸附溶于水中的金属离子，再通过固液两相分离去除水溶液中的金属离子的方法。利用胞外聚合物分离金属离子，有些细菌在生长过程中释放的蛋
12、白质，能使溶液中可溶性的重金属离子转化为沉淀物而去除。生物吸附剂具有来源广、价格低、吸附能力强、易于分离回收重金属等特点，已经被广泛应用。 生物絮凝法是利用微生物或微生物产生的代谢物进行絮凝沉淀的一种除污方法。生物絮凝剂中的氨基和羟基可与Cu2+、 Hg2+、Ag+、Au2+等重金属离子形成稳定的鳌合物而沉淀下来。应用微生物絮凝法处理废水安全方便无毒、不产生二次污染、絮凝效果好，且生长快、易于实现工业化等特点。但具有特殊功能的菌株不易选择，需要较先进的技术，所耗成本太高。 植物修复法是指利用高等植物通过吸收、沉淀、富集等作用降低已有污染的土壤或地表水的重金属含量，以达到治理污染、修复环境的目的
13、。利用植物处理重金属，主要有三部分组成：（1）利用金属积累植物或超积累植物从废水中吸取、沉淀或富集有毒金属；（2）利用金属积累植物或超积累植物降低有毒金属活性，从而可减少重金属被淋滤到地下或通过空气载体扩散：（3）利用金属积累植物或超积累植物将土壤中或水中的重金属萃取出来，富集并输送到植物根部可收割部分和植物地上枝条部分。通过收获或移去已积累和富集了重金属植物的枝条，降低土壤或水体中的重金属浓度。 不过，对于修复的生物，其生物量的增加，生长周期的缩短，积累的机理等方面还十分不成熟，需要较长时间的研究才能运用到实际中。目前吸附法治理重金属废水所面临的问题1、成本过高吸附剂的耗量大，且无法重复利用
14、，使污水处理费占总生产成本15%20%。2、资源浪费污水治理后产生重金属废渣，堆存困难，造成严重的资源浪费。3、环境污染工业废水中的重金属为“永远性污染物”，污水治理后的废渣会产生致命的二次污染。政府重视程度湖南省将出台五大政策，治理湘江流域水污染。责令各地人民政府按照管理权限于7月31日前对永州道县氮肥厂等16家企业实行关停。环保部门将把对船舶等水上污染源的监管纳入工作日程。湖南省已出台湘江污染防治方案。为应对日益严重的生活污水和生活垃圾污染，湖南省政府将在未来2年内，再建9座污水处理厂。从8月1日起，湘江干流衡阳松柏至长沙月亮岛江段两岸20公里宽的范围内，所有有水污染的项目一律上收由省级以上环保部门审批。逐步完善排污许可证管理方式，杜绝无证排污。湖南省科技厅副厅长梁秋松透露，湘江流域综合整治将纳入中国大江大河治理范围，预计到2010年将投入700亿元，到2015年将投入3000亿元。 四、项目的创新点和特色特色一： 通过吸附剂的有序水解，控制了吸附
