EDTA接枝CMC改性污泥基吸附剂对水中亚甲基蓝的去除研究

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随着工业的发展和社会需求的扩大,染料的使用逐渐变得广泛。亚甲基蓝(MB)是代表性染料之一,其产生的废水危害巨大,亟待处理。采用吸附法处理简便高效,但商品活性炭大规模使用成本高,而将污水厂运行过程中的副产物——污水污泥制备成吸附剂不仅降低活性炭使用成本,同时污泥的处置得到资源化解决,但传统制备方法易造成二次污染,且吸附性能较低。若采用较为环保的碳化法与对材料表面改性的方式制备污泥基吸附剂,不仅可使制备上环境友好,同时产物的吸附性能得到提高,是一种极具前景的污泥基吸附剂制备方式。本研究利用污水污泥作为原材料碳化处理后,用天然来源的羧甲基壳聚糖(Carboxymethyl Chitosan,CMC)负载到污泥基吸附剂表面,接着再用乙二胺四乙酸(Ethylene Diamine Tetraacetic Acid,EDTA)对其进行接枝,制备了具有高效吸附亚甲基蓝(methylene blue,MB)能力的复合吸附材料(EDTA接枝CMC改性污泥基吸附剂,ECMS)。探究了不同制备条件下ECMS的吸附MB效能,并采用多种不同的表征手段研究其物理化学性质,最后通过吸附的影响因素、动力学及热力学等吸附实验研究了其去除亚甲基蓝的性能,主要结论如下:(一)通过三种因素的单因素实验分析表明,碳化温度、CMC浓度及EDTA与CMC质量比对ECMS的吸附性能均有不同程度的影响。正交实验结果得出,三种因素的影响大小从高到低排序为CMC浓度>EDTA与CMC质量比>碳化温度,并得出最佳制备条件为碳化温度为800℃,CMC浓度为1%,EDTA与CMC质量比为2。(二)通过扫描电镜和比表面积与孔隙结构分析得出,相比只碳化处理的污泥基吸附剂(SBA),ECMS比表面积与孔体积均大幅下降,但表面官能团的含量大大增加,其中尤以羧基、羟基最为丰富,同时零电荷点p Hpzc更低,对带正电荷的污染物吸附效率更高。另外,Si O2为ECMS主要的晶体,CMC的引入破坏了材料的有序性,使得总体衍射峰强度变弱,结晶度下降。(三)吸附影响因素实验结果表明,ECMS对MB的吸附量远大于SBA,受溶液初始p H和吸附剂投加量影响较大,在吸附温度为25℃、吸附时间为12 h、溶液p H为10、ECMS投加量为1 g L-1及离子强度为零时,对MB的吸附量达到675.3 mg g-1。吸附动力学表明准二级和内扩散模型能很好拟合动力学实验数据,表明MB在SBA和ECMS上的吸附主要受化学吸附的控制。热力学研究表明Langmuir模型更能描述吸附过程,意味着对MB的吸附过程趋向于单分子层吸附。机理分析表明ECMS对MB的吸附主要为化学吸附作用,主要吸附机理为静电吸引和氢键作用,-OH和-COOH参与了化学吸附过程。此外,ECMS对阳离子染料、中性离子染料、阴离子染料三种类型染料均能取得较好去除效果,表明ECMS是一种能处理不同类型染料废水的吸附剂。(四)重复再生使用实验结果表明,当解吸剂浓度为0.010 mol L-1、解吸时间为120 min时,解吸效果已达到较高水平,经过五次循环使用后依然能够保持初次吸附量的86.95%,具有良好的稳定性与再生使用性能。
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