麦糟阴离子吸附剂的制备及其用于低浓度含砷水的吸附研究

发布时间：2019-07-20 07:23

【摘要】：近年来,我国的各大地表水系和地下水系普遍受到了不同程度的砷污染,饮用水的安全已岌岌可危。传统的除砷方法已无法满足日益严格的环保要求,而利用生物吸附材料除砷是一种高效的、经济的、可再生性的治理方法。目前,我国的农林废弃料产量巨大,除了焚烧和作为家禽饲料外,尚无更多的处理处置方法,而将其开发为高效吸附剂用于含砷水的净化处理,不仅可实现农林废弃物的资源化利用,还解决了含砷水的污染问题。本论文选用啤酒厂的废麦糟作为制备除砷吸附剂的原料,采用了Na OH预处理-环氧氯丙烷交联-三甲胺季胺化的改性方法来制备麦糟阴离子吸附剂(简称SG-AA)。最佳的制备条件为:原麦糟与2 mol/L氢氧化钠的固液比为1 g∶10 m L,浸泡2 h;而后取碱化麦糟∶环氧氯丙烷∶氢氧化钠∶乙醇为1 g∶5 m L∶8 m L∶2 m L,置于水浴中,在65℃下搅拌4 h;再取交联化麦糟∶30%三甲胺为1 g∶5 m L,置于水浴中,在65℃下搅拌反应2 h;最后用去离子水反复冲洗至中性,置于烘箱中,80℃烘干。利用扫描电镜、能谱、红外、X射线衍射等仪器分析了原麦糟和麦糟阴离子吸附剂(SG-AA)的结构特征和物理化学性质。麦糟呈木质纤维素的特征,且处于非晶态或无定形态,其失重特性分为吸附水的脱除和麦糟的热分解两个过程。SG-AA的表面形貌有所变化,出现了许多褶皱、沟槽和凹洞;其羟基(-OH)、烷基和羰基(C=O)等官能团活性有所增强,还引入了季胺结构。SG-AA的p HPZC出现在p H为7~8的范围内,p Hp HPZC,SG-AA表面带正电荷,有利于对阴离子的静电吸附。静态吸附条件下考察了麦糟阴离子吸附剂(SG-AA)吸附砷的影响因素和行为机理。与原麦糟相比,SG-AA对As(III)的去除率提高了61.11%,可将初始浓度为0.5 mg/L的As(III)降低至《生活饮用水卫生标准》(GB5479-2006)中的0.01 mg/L。SG-AA吸附处理含砷水的最佳实验条件为:p H范围为3~7,SG-AA投加量为8 g/L,反应时间为30 min。SG-AA吸附砷的行为更符合准一级动力学方程和Langmuir等温模型,说明吸附反应主要由外扩散过程控制,且SG-AA对砷的吸附属于单分子层吸附。提高水中As(III)浓度或升高温度,SG-AA对As(III)的饱和吸附容量随之增加,在温度为328 K时,饱和吸附量达到了0.302 mg/g。通过仪器分析可知,SG-AA对砷具备选择吸附作用,其表面的羟基和氨基会与砷发生结合,因此吸附主要发生在SG-AA的表面。将麦糟阴离子吸附剂(SG-AA)填充到吸附柱内制成固定吸附床,考察了SG-AA除砷的动态吸附性能。SG-AA吸附柱的穿透曲线与进水流速、原水As(III)浓度、床层高度有关,加大进水流速、提高原水含砷浓度、降低床层高度,都会加速吸附柱床层的穿透。BDST模型能较好地描述吸附柱运行时间和床层高度之间的关系,相关系数R2达到0.9992;Yoon-Nelson模型预测的Ct/Co为50%所需的理论时间与实验数据十分接近。SG-AA处理实际含砷水的穿透时间虽有提前,但仍具备一定的吸附能力。SG-AA经过三次吸附-解吸-再生吸附后,其穿透吸附量下降了12.19%,表明SG-AA对砷的吸附具备较高的稳定性。
【图文】：
原麦糟和SG-AA的扫描电镜（SEM）图

定零点电荷（PZC）的方法来表征 SG-AA 表面的酸碱特性。3.2 表面形貌特征分析颗粒物的表面形貌特征可通过扫描电镜（SEM）进行观测分析，由 SEM 可观测颗粒物的微观形态图像，这些图像可用来分析颗粒物的粒径、孔隙和表面结构等特性。原麦糟 100× SG-AA100×
原麦糟和SG-AA的能谱（EDS）图

第三章麦糟阴离子吸附剂的结构特性表征由图 3-1 可知，比较放大 100 倍的 SEM 图，原麦糟的颗粒较小，这些可能是原麦糟在粉碎过筛时的细小颗粒；而 SG-AA 的颗粒呈卷曲的长条形状。比较放大 10000 倍的 SEM 图，原麦糟的表面虽出现了一些裂口和裂痕，但其表面致密光滑，这是麦糟木质素的致密特性造成的；与原麦糟相比，SG-AA 的表面发生了巨大的变化，，其表面出现了许多褶皱和沟槽，这些沟槽相互平行，分布均匀，并且 SG-AA 的表面还出现了许多大大小小的凹洞。SG-AA 的表面特征可能是由于改性剂的侵蚀和构造作用造成的，这些褶皱、沟槽和凹洞结构极大扩增了 SG-AA 的比表面积，并且可提供更多的活性吸附位点。3.3 能谱分析能谱（EDS）分析是扫描电镜上的重要附属设备仪器，可用来分析材料微观区域内的元素分布，同时进行定性定量的分析。
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ424;X52

【参考文献】