环糊精改性海藻酸钠气凝胶-超滤系统去除再生水中PPCPs性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sanji621
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近年来,药品与个人护理品(PPCPs)在水体环境、沉积物、土壤污染等领域的研究备受关注,成为新型污染物方向的研究热点。PPCPs是一类新型微污染物,具有环境稳定性、难降解性以及生物累积性等特点,对生态环境和人体健康产生破坏。本论文选用β-环糊精(β-CD)对海藻酸钠气凝胶进行交联改性,并将改性后的材料耦合超滤系统,考察了其对6种典型PPCPs微污染物的去除性能,并探究其去除机理。通过β-CD交联改性方法制备得到环糊精改性海藻酸钠气凝胶。以β-CD与海藻酸钠气凝胶质量比、反应时间、反应p H及吸附剂投加量为影响因素进行正交实验,确定了去除盐酸四环素最佳反应条件为:β-CD与海藻酸钠气凝胶质量比为9:1,反应时间为8h,反应p H为4、吸附剂投加量为1.5g/L。以盐酸四环素为去除对象,环糊精改性海藻酸钠气凝胶对其吸附过程符合准二级动力学模型及Langmuir等温吸附模型。在模拟再生水混合液中,环糊精改性海藻酸钠气凝胶对其仍具有良好的选择性去除性能。环糊精改性海藻酸钠气凝胶对四环素类的抗生素去除率在60%-80%之间;其对非甾体类的消炎止痛药布洛芬去除率在1%-30%之间;其对氟代喹诺酮抗菌药环丙沙星和水杨酸类药物水杨酸无去除效果。环糊精改性海藻酸钠气凝胶很好的结合了β-CD的优良特性,改性之前材料去除率为60%左右,改性之后可达80%以上,吸附性能有较大提升,改性效果良好。以环糊精改性海藻酸钠气凝胶为主吸附材料,构建了吸附-超滤耦合系统,探讨了耦合系统对4种PPCPs污染物的去除性能。研究发现,单独超滤膜对盐酸四环素的去除效果在1%-20%之间,耦合系统对盐酸四环素的去除效果在79%左右,相较仅使用环糊精改性海藻酸钠气凝胶去除效果有所提高。在模拟再生水混合液中,耦合系统对盐酸四环素的去除率可达80%左右,由此可见,耦合系统仍可以很好的选择性去除盐酸四环素。耦合系统对四环素类的抗生素去除率在60%-83%之间,并且该耦合体系中环糊精改性海藻酸钠气凝胶的吸附起主导作用。探究了环糊精改性海藻酸钠气凝胶及超滤耦合系统的PPCPs去除机理。经过一系列表征及动力学拟合等,推测环糊精改性海藻酸钠气凝胶的表面存在多种类型的含氧官能团,如,C-OH、C-O-C和C-O等,这些官能团可以与盐酸四环素上的羟基等结合,从而完成对盐酸四环素的吸附。表征结果显示吸附后环糊精改性海藻酸钠气凝胶上的C-OH、C-O-C、C﹦O、C-O峰均发生变化,其中,C-O-C、C-O的峰较吸附前有很大程度上的减弱,证实了主要反应位点为C-O-C和C-O。动力学模型表明,盐酸四环素分子在环糊精改性海藻酸钠气凝胶上的主要运动形式是扩散。超滤对盐酸四环素去除机理主要包括超滤膜对盐酸四环素的去除以及膜表面有机物或颗粒物对其的协同去除。耦合系统的去除机理包括以上两部分,但不止于二者的理论叠加,其更加复杂。综上所述,本文通过环糊精改性海藻酸钠气凝胶耦合超滤系统实现了对再生水中盐酸四环素、土霉素等的有效去除,为吸附材料耦合超滤工艺去除PPCPs提供了新思路,为再生水水质安全提供了潜在技术支撑。
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