生物質(zhì)基磁性復(fù)合吸附劑的制備及其在廢水處理中的應(yīng)用.pdf

1、隨著近代工業(yè)的迅猛發(fā)展，染料廢水及重金屬廢水對生態(tài)環(huán)境和人類健康帶來廣泛而持久的危害。作為生物質(zhì)的一類，農(nóng)林廢棄物具備廉價、比表面積大和官能團豐富的特點，其作為吸附劑在水處理中的應(yīng)用得到了廣泛研究，其中酸改性農(nóng)林廢棄物提高其吸附性能是當(dāng)前的研究熱點，但酸改性后所產(chǎn)生的濾液一般被直接排放，容易造成二次污染。本研究利用磷酸(phosphoric acid,PA)改性筍殼（bamboo shoot shell，BSS）后所得濾液中的酸溶纖維（

2、BSS fiber,BSSF）與殼聚糖(chitosan，CS)和Fe3O4粉末共混均勻并經(jīng)過三聚磷酸鈉(sodiumtripolyphosphate，STPP)交聯(lián)后得到生物質(zhì)基磁性復(fù)合吸附劑Fe3O4@TPP-PABS SF/CS，并將其應(yīng)用于磁穩(wěn)流化床(magnetically stabilizedfluidized bed，MSFB)中，實現(xiàn)吸附脫附的連續(xù)操作。
　　首先以復(fù)合吸附劑對染料(acid fuchsin(AF)

3、，methyl orange(MO)，sunsetyellow(SY)，eriochrome black T(EBT))和重金屬離子(Pb2+，Cu2+，Ni2+，Cr3+)的吸附性能作為主要標(biāo)準(zhǔn)，通過正交試驗對Fe3O4@TPP-PABSSF/CS的制備工藝進行優(yōu)化，并通過傅立葉紅外光譜分析儀(FTIR)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、振動樣品磁強計（vibrating sample magnetometer,

4、VSM）分別對優(yōu)化工藝后制得的Fe3O4@TPP-PABSSF/CS的官能團構(gòu)成、形貌特征和磁響應(yīng)性進行了表征。其次，通過單因素實驗測定了吸附劑的吸附能力，并確定了較佳的吸附操作條件;采用合適的動力學(xué)模型擬合、等溫線模型擬合以及熱力學(xué)參數(shù)計算對Fe3O4@TPP-PABSSF/CS的吸附行為進行了描述。最后，將Fe3O4@TPP-PABSSF/CS應(yīng)用于MSFB中處理廢水。
　　研究取得了以下結(jié)果:(1)用于處理酸性染料的復(fù)合吸附

5、劑的優(yōu)化制備工藝為:物料配比為V(PABSS濾液)∶m(CS)∶m(Fe3O4)=50 mL∶1.4 g∶0.4 g，STPP濃度為0.5％，交聯(lián)溫度為20℃，交聯(lián)時間為1.0 h;用于處理重金屬離子的復(fù)合吸附劑的優(yōu)化制備工藝為:V(PABSS濾液)∶m(CS)∶m(Fe3O4)=50 mL∶2.0 g∶0.3g，STPP濃度為3.0％，交聯(lián)溫度為60℃，交聯(lián)時間為1.5 h。此優(yōu)化工藝條件下制備的復(fù)合吸附劑Fe3O4@TPP-PABS

6、SF/CS經(jīng)FTIR表征，證明了PABSSF與CS之間已成功復(fù)合，同時可判斷TPP與CS的氨基之間產(chǎn)生了交聯(lián);TEM、VSM表征證實了Fe3O4顆粒被包埋于吸附劑中且具備順磁性。(2)在吸附溫度為室溫、吸附劑投料量為2.0 g/L和溶液初始pH值為5.0～6.0的條件下，復(fù)合吸附劑對0.5 mmol/L的AF、MO、SY和EBT四種染料在5 min內(nèi)的去除率分別可達到75.4％、72.8％、97.5％和98.9％，對1.0 mmol/L

7、的Pb2+、Cu2+、Ni2+和Cr3+四種重金屬離子的去除率分別為70.7％、56.5％、53.2％、47.8％;經(jīng)過五次循環(huán)再生后，F(xiàn)e3O4@TPP-PABSSF/CS的再生率在71.6％～88.6％之間。通過模型擬合可知，F(xiàn)e3O4@TPP-PABSSF/CS對染料分子主要以多層吸附和化學(xué)吸附為主，對重金屬離子的吸附主要以單層吸附和物理化學(xué)協(xié)同吸附為主;吸附劑對AF、MO、SY、EBT四種染料和Pb2+、Cu2+、Ni2+和Cr

8、3+四種重金屬離子的最大吸附容量估算值分別為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;吸附在低溫下均能自發(fā)進行。(3)所制得的復(fù)合吸附劑在MSFB中的應(yīng)用實現(xiàn)了對染料和重金屬模擬廢水的連續(xù)吸附操作，在廢水流速為0.09×10-2 m/s～0.11×10-2 m/s和磁場強度