高效带式吸附剂的制备及气助吸附去除悬浮废水中铜离子过程

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气助带式吸附分离方法将带式吸附与气浮技术耦合起来,可有效解决吸附分离过程难以连续和难以应用于悬浮液体系的瓶颈问题。前期本课题组已建立了该方法并将其成功用于染料悬浮废水的处理。本文进一步以重金属铜离子废水为处理对象,将低成本的生物质和高效的纳米颗粒作为吸附基材,设计并制备了两种新型高效的带式吸附剂:生物质膜基带式吸附剂和纳米颗粒负载型带式吸附剂,并开展了此两种带式吸附剂的气助带式吸附对废水中铜离子的去除过程研究。主要研究内容如下:(1)采用壳聚糖这种常见的生物质作为成膜材料,聚丙烯无纺布作为支持基带,以凝胶单面涂覆法,制备了壳聚糖膜基带式吸附剂。SEM、FT-IR和接触角测量等表征结果表明通过该法可成功制备厚度约为10μm,具一定亲水性的壳聚糖膜基带式吸附剂,该带式吸附剂可有效去除水溶液中的铜、铬、钴、镍等多种重金属离子,对铜离子的最大饱和吸附容量为3930.5 mg/m~2,稀硫酸作为脱附液时,6分钟内脱附率可达76.8%。使用该带式吸附剂,在优化的气助带式吸附分离工艺条件下,间歇进料去除200 mg/L铜离子浓度的含100 mg/L颗粒浓度的悬浮废水,去除率达93.36%。连续进料去除20 mg/L铜离子浓度的含100 mg/L颗粒浓度的悬浮废水,加入CTAB浓度为100 mg/L时,去除率达98.11%。实验观察和浊度监测表明带式吸附剂可很好地实现与悬浮液的分离。经历168个吸附—解吸循环该带式吸附剂仍保持高效的去除率,表明具备良好的循环性能,最后该带式吸附分离方法用于连续去除27.26 mg/L铜离子浓度的实际废水,可使该废水达到国家排放标准。(2)纳米颗粒具有高比表面积和优异的吸附性能,设计将纳米颗粒引入到带式吸附剂中,通过原位碱热生长法,制备了花状氧化锌纳米颗粒负载型带式吸附剂,优化了该带式吸附剂的制备条件:水热温度80℃,反应时间60 min,前驱体组成为0.1 mol/L的Zn2+(硝酸锌溶液)混合0.4 mol/L的OH-(氢氧化钠溶液),体系p H保持14。SEM、XRD、FT-IR和接触角测量等表征结果表明,优化条件下可成功制备出纳米颗粒分布均匀、平均粒径约23.73 nm,具有较强疏水性的花状纳米氧化锌负载型带式吸附剂。其对铜离子的最大饱和吸附容量为7158.08 mg/m~2,发现了氢溴酸溶液可作为两性氧化物吸附剂的新型脱附溶液,常温时仅需0.1%的浓度,在30 min内对其脱附率可达86%。使用该带式吸附剂,在优化的气助带式吸附分离工艺条件下,间歇进料对200 mg/L的铜离子废水,去除率达96.88%。连续进料10 m L/min去除40 mg/L铜离子浓度的含50 mg/L颗粒浓度的悬浮废水,加入CTAB浓度为100 mg/L时,去除率达87.67%。实验观察和浊度监测表明带式吸附剂可很好地实现与悬浮液的分离。经历240个吸附—解吸循环该带式吸附剂仍保持高效的去除率,表明具备良好的循环性能,最后该带式吸附分离方法用于连续去除27.26 mg/L铜离子浓度的实际废水,可去除实际废水中99.89%的铜离子。
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