環(huán)境污染治理材料

前言

人類在創(chuàng)造文明的同時(shí)也在不斷地破壞人類賴以生存的環(huán)境空間。環(huán)境污染嚴(yán)重威脅著人民的身體健康和生命安全，影響和制約著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。在社會(huì)發(fā)展的進(jìn)程中，材料是人類社會(huì)進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)，為社會(huì)帶來了巨大的物質(zhì)財(cái)富。環(huán)境材料是隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展派生出來的新的交叉學(xué)科和研究領(lǐng)域，是環(huán)境污染治理和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的物質(zhì)基礎(chǔ)和重要保障。近年來，大量的具有特殊功能的新材料不斷出現(xiàn)并用于環(huán)境污染治理領(lǐng)域，取得了常規(guī)材料和工藝難以達(dá)到的效果。由于環(huán)境材料是近年來衍生的新的交叉學(xué)科，涉及化學(xué)化工、材料學(xué)、礦物學(xué)、生物學(xué)、生命科學(xué)、生態(tài)學(xué)等多個(gè)學(xué)科，專家學(xué)者對(duì)環(huán)境材料的概念和內(nèi)涵的理解并不統(tǒng)一，所以至今尚沒有一個(gè)為廣大學(xué)者共同接受的定義和分類。環(huán)境材料與傳統(tǒng)材料的明顯不同之處在于它賦予了傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)材料或功能材料以優(yōu)異的環(huán)境協(xié)調(diào)性及凈化、修復(fù)等功能。本書立足環(huán)境工程，內(nèi)容主要選擇環(huán)境污染治理工程和環(huán)境修復(fù)過程中廣泛使用的環(huán)境污染治理材料和藥劑，其中也包含了編著者所主持的國(guó)家自然科學(xué)基金、博士后科學(xué)基金、陜西省和西安市工業(yè)攻關(guān)等科研項(xiàng)目的部分研究成果及近年來關(guān)于環(huán)境污染治理材料領(lǐng)域的最新成果，故定名為《環(huán)境污染治理材料》。本書是在編著者多年講授的研究生課程講義的基礎(chǔ)上編寫而成，該講義和課程先后被評(píng)為西安科技大學(xué)研究生優(yōu)秀講義和精品課程并獲得西安科技大學(xué)研究生教材建設(shè)立項(xiàng)。全書共分10章，第1、2、3、7、10章由劉轉(zhuǎn)年教授編寫；第4章由劉轉(zhuǎn)年教授和張蕾副教授編寫；第5、6章由劉轉(zhuǎn)年教授和程愛華副教授編寫；第8章由程愛華副教授編寫；第9章由張蕾副教授編寫。全書由劉轉(zhuǎn)年教授組織和最終統(tǒng)稿。在本書編寫過程中，韓曉剛、蔡倩倩、陳亮、張萬松、宋葉靜、張小雪、張江麗等做了很多前期工作，付出了辛勤勞動(dòng)。書中參考了大量國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者的文獻(xiàn)和部分網(wǎng)絡(luò)資料，在此表示衷心感謝。感謝西安科技大學(xué)為本書出版提供的經(jīng)費(fèi)資助?；瘜W(xué)工業(yè)出版社為本書的編輯出版付出了艱辛的勞動(dòng)，在此也一并表示感謝。在編寫過程中力求準(zhǔn)確無誤，但由于內(nèi)容涉及學(xué)科較多，編著者的水平有限，加之時(shí)間倉促，錯(cuò)誤和疏漏之處在所難免，敬請(qǐng)批評(píng)指正。劉轉(zhuǎn)年2013年1月于西安

書籍目錄

第1章緒論1 1.1環(huán)境材料的概念1 1.2環(huán)境材料的特點(diǎn)2 1.3環(huán)境材料的分類2 1.4環(huán)境工程材料3 1.5《當(dāng)前國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展的環(huán)保產(chǎn)業(yè)設(shè)備（產(chǎn)品）目錄》（2010年版）環(huán)保材料與藥劑部分4 1.6本書主要內(nèi)容6 參考文獻(xiàn)6 第2章吸附材料7 2.1吸附與吸附材料7 2.2吸附理論7 2.2.1吸附等溫式7 2.2.2吸附熱力學(xué)參數(shù)8 2.2.3吸附動(dòng)力學(xué)9 2.3吸附劑的結(jié)構(gòu)表征10 2.3.1比表面積10 2.3.2孔結(jié)構(gòu)11 2.4典型吸附材料12 2.4.1活性炭12 2.4.2黏土吸附材料17 2.4.3天然煤吸附劑20 2.4.4沸石分子篩24 2.4.5吸附樹脂31 2.4.6粉煤灰吸附劑33 2.4.7納米吸附劑37 參考文獻(xiàn)42 第3章混凝材料44 3.1膠體的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)44 3.1.1膠體的性質(zhì)44 3.1.2膠體的結(jié)構(gòu)45 3.2混凝及其機(jī)理45 3.2.1混凝概念45 3.2.2混凝機(jī)理46 3.2.3混凝動(dòng)力學(xué)46 3.3混凝劑的種類和性質(zhì)48 3.4無機(jī)混凝劑48 3.4.1鋁鹽混凝劑及其制備48 3.4.2鐵鹽混凝劑及其制備51 3.4.3聚硅酸（鹽）混凝劑及其制備55 3.5有機(jī)高分子混凝劑57 3.5.1合成有機(jī)高分子混凝劑58 3.5.2天然有機(jī)高分子混凝劑60 3.6微生物混凝劑63 3.6.1微生物混凝劑的概念63 3.6.2微生物混凝劑的分類63 3.6.3微生物混凝劑的提取63 3.6.4微生物混凝劑的應(yīng)用及研究進(jìn)展63 參考文獻(xiàn)64 第4章納米光催化材料66 4.1納米材料66 4.1.1納米材料的概念和分類66 4.1.2納米材料的特性66 4.2半導(dǎo)體68 4.3光催化反應(yīng)原理69 4.4TiO2的晶體結(jié)構(gòu)71 4.4.1晶型性質(zhì)71 4.4.2光學(xué)性質(zhì)72 4.4.3半導(dǎo)體性質(zhì)72 4.5納米光催化劑的制備72 4.5.1固相法72 4.5.2氣相法73 4.5.3液相法76 4.5.4光催化劑改性78 4.6納米光催化劑在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用80 4.6.1納米光催化劑在水污染治理中的應(yīng)用80 4.6.2納米光催化劑在空氣污染治理中的應(yīng)用81 4.7納米光催化材料的分析表征82 參考文獻(xiàn)85 第5章氧化材料86 5.1化學(xué)氧化概念和分類86 5.2臭氧氧化劑87 5.2.1臭氧結(jié)構(gòu)和性質(zhì)87 5.2.2臭氧的氧化機(jī)理88 5.2.3臭氧的制備方法89 5.2.4臭氧在污染治理中的應(yīng)用90 5.2.5臭氧氧化法的研究進(jìn)展92 5.3氯系氧化劑96 5.3.1液氯96 5.3.2次氯酸鹽96 5.3.3二氧化氯（ClO2）97 5.4Fenton試劑101 5.4.1Fenton試劑的概念及作用機(jī)理101 5.4.2均相Fenton體系及應(yīng)用研究進(jìn)展102 5.4.3非均相Fenton體系及應(yīng)用研究進(jìn)展105 5.4.4非均相光Fenton體系及應(yīng)用研究進(jìn)展107 5.5高鐵酸鹽109 5.5.1高鐵酸鹽的性質(zhì)及作用機(jī)理109 5.5.2高鐵酸鹽的制備方法110 5.5.3高鐵酸鹽在污染治理中的應(yīng)用112 參考文獻(xiàn)113 第6章過濾材料115 6.1深層過濾材料115 6.1.1深層過濾的概念115 6.1.2顆粒過濾材料118 6.2表面過濾材料122 6.2.1表面過濾材料概述122 6.2.2化纖表面過濾材料122 6.2.3玻璃纖維過濾材料124 6.3膜過濾材料125 6.3.1概述125 6.3.2膜的分類127 6.3.3無機(jī)膜的制備及性質(zhì)128 6.3.4復(fù)合膜的制備及性質(zhì)130 6.3.5有機(jī)膜的制備及性質(zhì)131 6.3.6膜過濾在污染治理中的應(yīng)用134 參考文獻(xiàn)140 第7章重金屬螯合材料141 7.1重金屬及其污染141 7.2重金屬螯合劑141 7.2.1重金屬螯合劑概念141 7.2.2重金屬螯合劑的分類142 7.2.3螯合機(jī)理142 7.3重金屬螯合劑的合成與應(yīng)用143 7.3.1多胺類螯合劑143 7.3.2天然高分子螯合劑145 7.3.3復(fù)合螯合材料146 參考文獻(xiàn)147 第8章微生物固定化材料150 8.1微生物的固定化方法150 8.2微生物固定化載體151 8.2.1無機(jī)載體151 8.2.2吸附型有機(jī)載體152 8.2.3包埋型有機(jī)載體154 8.3微生物固定化在污染治理中的應(yīng)用157 8.3.1在水污染治理中的應(yīng)用157 8.3.2在大氣污染治理中的應(yīng)用158 參考文獻(xiàn)159 第9章脫固硫材料160 9.1燃燒過程硫氧化物的形成機(jī)理160 9.1.1燃料中硫的氧化160 9.1.2SO2和SO3之間的轉(zhuǎn)化162 9.2燃煤脫硫162 9.3固硫劑163 9.3.1型煤固硫劑163 9.3.2型煤固硫機(jī)理164 9.4脫硫劑164 9.4.1煙氣脫硫劑及脫硫原理164 9.4.2煙氣脫硫技術(shù)及應(yīng)用165 參考文獻(xiàn)168 第10章土壤環(huán)境修復(fù)材料169 10.1環(huán)境修復(fù)的概念169 10.2土壤污染的類型169 10.3土壤修復(fù)技術(shù)及材料170 10.3.1生物修復(fù)技術(shù)170 10.3.2物理修復(fù)技術(shù)172 10.3.3化學(xué)修復(fù)技術(shù)173 10.3.4聯(lián)合修復(fù)技術(shù)174 參考文獻(xiàn)175

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   3.1.2膠體的結(jié)構(gòu) 把一種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中所形成的體系被稱為分散系，前者稱為分散質(zhì)，后者稱為分散劑。根據(jù)顆粒的大小，水和水中分布的顆粒所組成的分散體系可分為三類。 ①懸浮液：顆粒直徑大于100nm； ②膠體溶液：顆粒直徑在1～100nm； ③真溶液：顆粒直徑小于1nm。 根據(jù)上述界定，當(dāng)微粒的粒徑處于1～100nm的范圍時(shí)，體系屬于膠體分散系。 根據(jù)研究，膠體微粒都帶有電荷。天然水體中的黏土類膠體微粒以及污水中的膠態(tài)蛋白質(zhì)和淀粉微粒等都帶有負(fù)電荷，其結(jié)構(gòu)示意圖見3—1。它的中心稱為膠核。其表面選擇性地吸附了一層帶有同號(hào)電荷的離子，這些離子可以是膠核的組成物直接電離而產(chǎn)生的，也可以是水中選擇吸附H+或OH—而造成的。這層離子稱為膠體微粒的電位離子，它決定了膠體電荷的大小和符號(hào)。由于電位離子的靜電引力，在其周圍又吸附了大量的異號(hào)離子，離電位離子較遠(yuǎn)，受到的引力較弱，不能隨膠核一起運(yùn)動(dòng)，并有向水中擴(kuò)散的趨勢(shì)，形成了擴(kuò)散層。固定的離子層與擴(kuò)散層之間的交界面稱為滑動(dòng)面?；瑒?dòng)面以內(nèi)的部分稱為膠粒，膠粒與擴(kuò)散層之間，有一個(gè)電位差。此電位稱為膠體的電動(dòng)電位，常稱為zeta（ζ）電位。而膠核表面的電位離子與溶液之間的電位差稱為總電位或φ電位。 膠粒在水中受幾方面的影響：由于上述的膠粒帶電現(xiàn)象，帶相同電荷的膠粒產(chǎn)生靜電斥力，而且r電位越高，膠粒間的靜電斥力越大；受水分子熱運(yùn)動(dòng)的撞擊，在水中做不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，即“布朗運(yùn)動(dòng)”；膠粒之間還存在著相互引力——范德華引力。范德華引力的大小與膠粒間距的2次方成反比，當(dāng)間距較大時(shí)，此引力略去不計(jì)。 一般水中的膠粒，ζ電位較高。其互相間斥力不僅與ζ電位有關(guān)，還與膠粒的間距有關(guān)，距離越近，反力越大。而布朗運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能不足以將兩顆膠粒推進(jìn)到使范德華引力發(fā)揮作用的距離。因此，膠體微粒不能相互聚結(jié)而長(zhǎng)期保持穩(wěn)定的分散狀態(tài)。 使膠體微粒不能互相聚結(jié)的另一個(gè)因素是水化作用。由于膠粒帶電，將極性水分子吸引到它的周圍形成一層水化膜。水化膜同樣能阻止膠粒間相互接觸。但是，水化膜是伴隨膠粒帶電而產(chǎn)生的，如果膠粒的ζ電位消除或減弱，水化膜也就隨之消失或減弱。

編輯推薦

《普通高等教育"十二五"規(guī)劃教材:環(huán)境污染治理材料》是在編著者多年講授的研究生課程講義的基礎(chǔ)上編寫而成，該講義和課程先后被評(píng)為西安科技大學(xué)研究生優(yōu)秀講義和精品課程并獲得西安科技大學(xué)研究生教材建設(shè)立項(xiàng)。《普通高等教育"十二五"規(guī)劃教材:環(huán)境污染治理材料》可作為環(huán)境科學(xué)、環(huán)境工程、環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)、材料科學(xué)與工程類相關(guān)專業(yè)研究生、本科生的教材和參考書，也可供從事相關(guān)專業(yè)的工程技術(shù)和管理人員參考。

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