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黄麻羧基改性与在模拟铜污染处理中的吸附行为研究

王燕霞  
【摘要】:重金属及其化合物广泛存在于矿山开采、金属冶炼、机械制造、电镀等行业,会产生大量有毒有害废水,给水体环境、水生生物甚至人类健康带来严重威胁。随着工业技术的不断发展,重金属的突发性污染事故频繁发生。黄麻作为自然界存在的可再生天然高分子聚合物,具有性能好、强度高的优点,在处理突发性水污染事故中具有不需装袋、现场适用性强、易于回收的环境效益。本文研制了一种改性黄麻纤维吸附材料,以重金属Cu(Ⅱ)为目标污染物,研究了改性黄麻吸附处理含Cu(Ⅱ)污水工艺,并对均苯四甲酸二酐改性黄麻的反应机制及改性黄麻对Cu(Ⅱ)的吸附机制进行了探讨。 利用均苯四甲酸二酐与纤维上羟基之间的酯化作用对黄麻进行了改性,以对Cu(Ⅱ)的吸附量为评价指标,用单因素和正交试验得出材料的最佳制备工艺条件为:用15%的NaOH溶液预处理10min,将均苯四甲酸二酐与黄麻按2:1的质量比反应,调节恒温水浴温度90℃,反应时间为0.5h,最后对材料进行一系列后处理得成品吸附材料。 以Cu(Ⅱ)为处理对象,研究了改性黄麻吸附材料处理含Cu(Ⅱ)废水的静态工艺。静态工艺在恒温水浴摇床内进行,最佳吸附条件为:改性黄麻材料0.1~0.2g、环境温度、溶液pH条件下吸附处理15min后Cu(Ⅱ)吸附量最高,具有广阔的应用范围。在最佳吸附工艺条件下干扰离子对Cu(Ⅱ)吸附量的影响顺序为:Ca(Ⅱ)Mg(Ⅱ) K(Ⅰ) Na(Ⅰ);影响最大的钙离子浓度越大对Cu(Ⅱ)吸附量影响越大。经过吸附材料再生实验得到EDTA-2Na对该材料具有较好的再生性,再生后重复利用使Cu(Ⅱ)得到浓缩并回收,具有很好的应用前景。改性黄麻对Cu(Ⅱ)的吸附符合Langmuir模型,为单分子层吸附。由吸附动力学拟合得黄麻对Cu(Ⅱ)的吸附更符合拟二级动力学模型,和Arrhenius方程的拟合均说明该吸附为化学吸附。通过吸附热力学研究结果得到,该吸附系统是自发进行的吸热过程,且吸附机制含有物理吸附。 在自制吸附柱内研究了改性黄麻吸附材料处理含Cu(Ⅱ)废水的动态吸附工艺。结果表明:较短吸附柱填料高度、较大的初始浓度和较高的渗透速率条件下,穿透时间较短;改性黄麻较原态黄麻有更好的处理效果,与静态实验结果一致。Thomas和Yoon-Nelson模型能够很好地拟合改性黄麻动态吸附Cu(Ⅱ)的行为,其模型的相关拟合参数以及穿透曲线能够为改性黄麻纤维材料在突发性重金属污染中的应用提供可靠的设计参数信息。明渠模拟实验台结果表明:改性黄麻对突发性Cu(Ⅱ)污染废水具有一定的处理效果。 综上所述,本文制备的改性黄麻纤维吸附材料在净化重金属阳离子污水中的有着广阔的应用前景。


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