论文部分内容阅读
随着近代工业的迅猛发展，染料废水及重金属废水对生态环境和人类健康带来广泛而持久的危害。作为生物质的一类，农林废弃物具备廉价、比表面积大和官能团丰富的特点，其作为吸附剂在水处理中的应用得到了广泛研究，其中酸改性农林废弃物提高其吸附性能是当前的研究热点，但酸改性后所产生的滤液一般被直接排放，容易造成二次污染。本研究利用磷酸(phosphoric acid,PA)改性笋壳（bamboo shoot shell，BSS）后所得滤液中的酸溶纤维（BSS fiber,BSSF）与壳聚糖(chitosan，CS)和Fe3O4粉末共混均匀并经过三聚磷酸钠(sodiumtripolyphosphate，STPP)交联后得到生物质基磁性复合吸附剂Fe3O4@TPP-PABS SF/CS，并将其应用于磁稳流化床(magnetically stabilizedfluidized bed，MSFB)中，实现吸附脱附的连续操作。 首先以复合吸附剂对染料(acid fuchsin(AF)，methyl orange(MO)，sunsetyellow(SY)，eriochrome black T(EBT))和重金属离子(Pb2+，Cu2+，Ni2+，Cr3+)的吸附性能作为主要标准，通过正交试验对Fe3O4@TPP-PABSSF/CS的制备工艺进行优化，并通过傅立叶红外光谱分析仪(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、振动样品磁强计（vibrating sample magnetometer, VSM）分别对优化工艺后制得的Fe3O4@TPP-PABSSF/CS的官能团构成、形貌特征和磁响应性进行了表征。其次，通过单因素实验测定了吸附剂的吸附能力，并确定了较佳的吸附操作条件;采用合适的动力学模型拟合、等温线模型拟合以及热力学参数计算对Fe3O4@TPP-PABSSF/CS的吸附行为进行了描述。最后，将Fe3O4@TPP-PABSSF/CS应用于MSFB中处理废水。 研究取得了以下结果:(1)用于处理酸性染料的复合吸附剂的优化制备工艺为:物料配比为V(PABSS滤液)∶m(CS)∶m(Fe3O4)=50 mL∶1.4 g∶0.4 g，STPP浓度为0.5％，交联温度为20℃，交联时间为1.0 h;用于处理重金属离子的复合吸附剂的优化制备工艺为:V(PABSS滤液)∶m(CS)∶m(Fe3O4)=50 mL∶2.0 g∶0.3g，STPP浓度为3.0％，交联温度为60℃，交联时间为1.5 h。此优化工艺条件下制备的复合吸附剂Fe3O4@TPP-PABSSF/CS经FTIR表征，证明了PABSSF与CS之间已成功复合，同时可判断TPP与CS的氨基之间产生了交联;TEM、VSM表征证实了Fe3O4颗粒被包埋于吸附剂中且具备顺磁性。(2)在吸附温度为室温、吸附剂投料量为2.0 g/L和溶液初始pH值为5.0～6.0的条件下，复合吸附剂对0.5 mmol/L的AF、MO、SY和EBT四种染料在5 min内的去除率分别可达到75.4％、72.8％、97.5％和98.9％，对1.0 mmol/L的Pb2+、Cu2+、Ni2+和Cr3+四种重金属离子的去除率分别为70.7％、56.5％、53.2％、47.8％;经过五次循环再生后，Fe3O4@TPP-PABSSF/CS的再生率在71.6％～88.6％之间。通过模型拟合可知，Fe3O4@TPP-PABSSF/CS对染料分子主要以多层吸附和化学吸附为主，对重金属离子的吸附主要以单层吸附和物理化学协同吸附为主;吸附剂对AF、MO、SY、EBT四种染料和Pb2+、Cu2+、Ni2+和Cr3+四种重金属离子的最大吸附容量估算值分别为0.725 mmol/g、1.475 mmol/g、0.965 mmol/g、1.127 mmol/g和0.523 mmol/g、0.457 mmol/g、0.505 mmol/g、0.244 mmol/g;吸附在低温下均能自发进行。(3)所制得的复合吸附剂在MSFB中的应用实现了对染料和重金属模拟废水的连续吸附操作，在废水流速为0.09×10-2 m/s～0.11×10-2 m/s和磁场强度为11.0 mT时进行操作，对0.5 mmol/L的染料废水和0.1 mmol/L的重金属废水的处理效果要分别优于0.05 mmol/L的染料废水和1.0 mmol/L的重金属废水。 本研究成功制备了一种性能优于纯CS的生物质基磁性复合吸附剂，适用于处理染料和重金属废水，同时具备较佳的再生性能，并能应用于MSFB中实现连续操作，具备工业化应用的前景。