树脂吸附法处理黄连素模拟废水的研究

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黄连素是一种重要的生物碱,是我国应用很久的中药。具有抗菌,抗病毒,降血糖,抗癌等多种功效。黄连素社会需求量很大,但其工业生产中的生产废水是一种极难处理的有机废水,这些废水的排放对饮用水安全和生态系统安全构成极大威胁。  由于黄连素废水高浓度、酸性强、生物毒性水质条件,传统的生物处理方法很难稳定运行。本文针对废水特征选用树脂吸附法对黄连素废水进行预处理,希望达到降低废水有机物浓度,提高废水可生化性的目的。  本文根据树脂吸附原理,对可能适用的树脂进行了初步筛选;对筛选出的H103树脂进行了工艺条件的优化;对其吸附过程进行了动力学和热力学模型拟合,研究了H103树脂吸附黄连素的速率控制步骤和热力学特性;在此基础上进行了树脂的胺基修饰,并考察了修饰后树脂的物理性质、吸附效果、动力学和热力学特性的改变。  黄连素模拟废水处理工艺条件试验表明,H103树脂对高浓度黄连素的吸附效果良好,该树脂在50℃、pH7条件下能达到最佳吸附效果,8h时可达到吸附平衡。在pH为7条件下,200mL黄连素模拟废水中投加3.0 g H103树脂可去除其中99%以上的黄连素;动力学模型计算表明,H103树脂对黄连素的吸附过程符合一级动力学方程。废水中黄连素浓度高于108 mg/L时,颗粒内扩散和液膜扩散同时成为吸附速率的控制步骤;随着吸附过程的进行,当废水中黄连素的浓度下降到108 mg/L以下时,因水中黄连素浓度下降导致液膜扩散成为吸附速率的唯一控制步骤。树脂吸附过程热力学研究表明,H103树脂吸附黄连素的过程符合Freundlich吸附等温式,其拟合n值大于2,说明H103树脂是黄连素的优良吸附剂。热力学计算表明,H103树脂吸附黄连素的等量吸附焓大于0,该吸附过程是吸热过程;吸附焓变随吸附量的变化不呈线性相关,表明树脂内部孔道分布不均匀;吉布斯自由能变小于0,说明吸附过程能够自发进行。树脂处理黄连素模拟废水的动态吸附和脱附试验表明,H103树脂以高径比3:1填充,室温条件下处理pH7的黄连素模拟废水时,进样最佳流速为1 bv/h,可用75%的乙醇在1 bv/h流速下进行脱附。  树脂胺基修饰试验表明,H系列树脂经胺基修饰后,孔径和比表面积比原来略有增大,修饰后吸附效果明显提高。胺基修饰后的树脂HX最佳吸附pH增大为8,胺基修饰后的吸附过程符合二级动力学方程,说明经胺基修饰后,树脂对废水中黄连素的吸附过程变得更加复杂。胺基修饰后的HX树脂吸附黄连素的过程仍符合Freundlich吸附等温式,其拟合参数n大于 H103树脂,表明树脂经胺基修饰后对黄连素的吸附能力提高,更适合用于黄连素废水处理。
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