酸性矿井水具有p H值低、富含SO₄^2-的特点。目前,酸性矿井水的处理方法主要为酸碱中和法,该方法将酸性矿井水中的SO₄^2-当成有害物质简单去除,并未进行资源化利用。本论文利用纳米氢氧化锆(ZrO(OH)₂)吸附-再生的基本原理及双极膜电渗析制备酸碱的基本原理开展酸性矿井水提取H₂SO₄技术研究。酸性矿井水提取H₂SO₄工艺:(1)预处理:“混凝+石英砂过滤+锰砂过滤”工艺去除酸性矿井水中的悬浮物及Fe离子。(2)SO₄^2-吸附-脱附:以纳米ZrO(OH)₂为吸附剂,选择性地吸附酸性矿井水中的SO₄^2-,吸附饱和后分离出纳米ZrO(OH)₂,加入Na OH溶液使其脱附SO₄^2-再生,并获得脱附液Na₂SO₄。(3)双极膜电渗析制备H₂SO₄:采用三隔室构型的双极膜电渗析装置电解脱附液Na₂SO₄,在阴极室形成Na OH溶液,经电渗析技术浓缩之后用作纳米ZrO(OH)₂的再生液,同时在阳极室形成H₂SO₄溶液。本论文的主要研究内容:(1)预处理实验研究:采用“混凝+石英砂过滤+锰砂过滤”工艺进行酸性矿井水的预处理实验,考察悬浮物及Fe离子的去除效果对纳米ZrO(OH)₂吸附SO₄^2-的影响。(2)SO₄^2-吸附-脱附实验研究:以纳米ZrO(OH)₂为吸附剂,对SO₄^2-进行静态吸附-脱附实验,考察p H值、SO₄^2-初始浓度及吸附剂投加量对吸附SO₄^2-的影响,Na OH浓度和饱和纳米ZrO(OH)₂投加量对脱附SO₄^2-的影响,确定适宜的SO₄^2-吸附-脱附条件。(3)双极膜电渗析制备H₂SO₄实验研究:以脱附液Na₂SO₄为原料进行双极膜电渗析制备H₂SO₄实验,考察离子交换膜性能、膜对数、Na₂SO₄进料浓度、电流密度及酸碱室初始酸碱浓度对制备H₂SO₄的影响,确定H₂SO₄制备的适宜条件。本论文的主要研究结论:(1)预处理实验结果表明:预处理对悬浮物及Fe离子的去除率在90%以上时,不再影响纳米ZrO(OH)₂的吸附-再生性能。(2)SO₄^2-吸附-脱附实验结果表明:吸附SO₄^2-的适宜条件为p H=2,SO₄^2-初始浓度为5g/L,吸附剂投加量为30g/L,吸附反应时间为20min,此条件下SO₄^2-吸附率为95%,吸附容量为159mg/g。脱附SO₄^2-的适宜条件为再生液Na OH浓度为60g/L,饱和纳米ZrO(OH)₂投加量为350g/L,脱附反应时间为40min,此条件下SO₄^2-脱附率为94%,脱附后形成的Na₂SO₄溶液浓度为0.55mol/L。(3)双极膜电渗析制备H₂SO₄实验结果表明:H₂SO₄制备的适宜条件为膜组数为5对,电流密度为50m A/cm~2,酸碱室初始酸碱浓度为0.15mol/L,双极膜电渗析装置运行时间为60min,此条件下产H₂SO₄的浓度为0.51mol/L,H₂SO₄产率为91%,产H₂SO₄的平均能耗为2.4k W.h.kg^-1,平均电流效率为68%。将产生的0.91mol/L的Na OH溶液经电渗析技术浓缩至1.5mol/L后,可用做纳米ZrO(OH)₂再生药剂。