改进型生物质离子交换纤维制备及其硝态氮吸附性能研究

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:dsgver454g
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丝瓜络具有水润膨胀后的长条圆柱结构、天然网状结构、较强的坚韧性以及良好的可生物降解性等特点。本研究旨在保留丝瓜络原有尺寸和网状结构的前提下,解决前人以吡啶为催化剂制备改性丝瓜络离子交换纤维带来的恶臭、使产品和溶液带色、难以清洗、二次污染等不足,并提高改性丝瓜络的吸附效果,制得一种能够在低氮水处理脱氮项目服役的具有较高吸附能力的改进型生物质离子交换纤维。本文以丝瓜络为原料,以NaOH水溶液为碱预处理试剂,用直接能参与反应的乙二胺代替催化剂吡啶,并用含有更多胺性基团的三乙胺来替换二甲胺来制备改进型丝瓜络离子交换纤维。并分别从原料外形、碱处理试剂浓度、接枝反应各试剂用量以及各阶段反应时间和温度来甄选正交试验各因素的水平范围。以典型西湖硝态氮浓度(2mg/l)配制吸附溶液浓度,以产率和硝态氮去除率为评价指标进行正交试验,通过单指标直观分析和多指标综合平衡分析并辅以SPSS软件作图,最后确定影响因素顺序并确定了最佳的制备工艺路线。利用多种现代分析技术对最优产品进行结构表征并分析改性前后的变化。同时,通过静态吸附试验进行吸附动力学和吸附热力学分析来确定吸附的外界影响因素范围以期选择最适宜吸附条件。最后对其进行吸附再生试验。本研究得到如下结论:(1)碱处理有助于提高产品产率和吸附效率,致密丝瓜络改性效果好于疏松的丝瓜络。(2)以三乙胺为接枝基团,改性效果好于二甲胺;通过正交试验得到的制备工艺重要因素影响顺序为:第二阶段反应温度(85℃)>第三阶段反应温度(85℃)>乙二胺剂量(8ml)。(3)通过SEM发现,碱处理会使原料表面更加光滑,产品表面形成无数大小不一的孔洞;通过比表面积分析发现,原料和产品比表面积均很小;通过元素分析发现,产品氮元素含量对比原料显著提高;通过IR图谱发现,产品成功接枝胺性基团;通过XRD分析发现,结晶度顺序为碱处理>原料>产品。(4)产品在pH为3~10之间效果较好;产品吸附是放热过程,在20℃时最大吸附容量Qmax达到1.348mmol/g;其整个吸附过程符合伪二级动力学方程。反应活化能为2.63KJ/mol,属于物理吸附,在30min左右吸附达到平衡。(5)通过0.1mol/l HCl水溶液对吸附饱和的产品进行再生,经过5次吸附解吸试验之后,其吸附容量仍然能达到原吸附容量的93%。
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