杉木木屑对水中亚甲基蓝及刚果红的吸附性能研究

摘要

纺织、造纸、制革及印染行业每年排放大量印染废水,水体中的染料成分会直接影响人类健康,对动植物的生长具有毒害作用。用吸附法去除水中的染料具有操作简单、成本低廉、能有效富集去除污染物等优势,其中,新型廉价且有效的吸附材料是研究者们研究的重点。本文选用木材加工厂废弃的杉木木屑为材料,并对其进行改性,利用未改性杉木木屑(Raw Fir Sawdust,RFS)及改性杉木木屑(Modified Fir Sawdust,MFS)吸附水中的亚甲基蓝(methylene blue,MB)、刚果红(congo red,CR)染料,考察吸附过程中的影响因素如吸附剂投加量、染液起始pH、盐和表面活性剂等对染料吸附的影响;进行吸附模型的研究,包括吸附等温模型、吸附动力学模型的研究;在上述研究的基础上对吸附材料进行表征,探究杉木木屑吸附染料的主要机理。论文的主要结论如下:
　　1、主要影响因素研究:RFS和MFS对MB、CR的去除率随着吸附剂投加量的增加而增加。染液初始pH对吸附的影响表明,随MB初始pH的增大,RFS和MFS对MB的吸附量呈上升趋势,pH在4～12的范围内,RFS和MFS对MB的吸附量保持在24 mg/g和48 mg/g左右。随着CR溶液pH的增加,CR在RFS和MFS上的吸附量表现为,pH在4～6的范围内吸附量下降,在6～8范围内趋于平稳,pH>8时吸附量继续下降。对于染料的吸附,RFS比MFS更快达到平衡,改性过后的木屑在提高吸附量的同时,吸附平衡时间也相对有所延长,RFS和MFS对两种染料的的吸附性能随着染液初始浓度的增大均有不同程度的提高;NaCl抑制了两种木屑对MB的吸附,而能促进对 CR的吸附。添加阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(sodium dodecyl benzene sulfonate SDBS)对吸附影响不大,而添加阳离子表面活性剂溴化十六烷基三甲铵(cetyltrimethyl ammonium bromide CTAB)则明显抑制吸附的进行。CR的吸附过程中,表面活性剂SDBS和CTAB的添加总体上有利于RFS对CR的吸附,却会抑制MFS对CR的吸附。
　　2、吸附模型研究:MB、CR在RFS、MFS上的吸附均最符合Langmuir等温吸附模型,因此两种染料在两种木屑上的吸附过程均属于单分子吸附。MB在 RFS、MFS上的最大吸附量分别为51.8、108 mg/g,CR在 RFS、MFS上的最大吸附量分别为19.8、42.6 mg/g,RL、n的分析表明,两种染料在木屑上的吸附均易于发生;D-R吸模型研究结表明,RFS、MFS对MB、CR的吸附类型均属于化学吸附,且染料在MFS上的化学吸附能力较RFS有所提高;吸附动力学模型分析结果表明,MB、CR在RFS、MFS上的吸附均更符合准二级动力学模型;颗粒内扩散模型拟合结果表明两种木屑对染料的吸附是一个非常快速即达到平衡的过程,吸附主要发生在木屑表面,颗粒内扩散过程的影响极小。
　　3、两种木屑的FTIR图谱分析表明,经过改性后,1750 cm-1的吸收峰消失,1281 cm-1吸收峰发生移动,说明饱和脂肪酸的C=O振动、烯烃的C-H的弯曲振动发生了变化,且发生化学吸附作用的官能团主要为羟基和羧基。综合以上分析可知两种染料在木屑表面的吸附机制包括表面官能团络合、静电引力以及离子交换作用。
　　论文的研究结果表明杉木木屑经过改性后无论对阴离子染料还是阳离子染料,其吸附量均有提高,且原木屑许多吸附影响条件均未发生明显变化,因此改性杉木木屑是一种良好的生物质吸附剂。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 综述

1.1 染料的来源、危害

1.2 常见的染料吸附剂

1.3 木屑吸附剂的研究进展

1.4 常用的吸附模型

1.5 吸附机理

1.6 课题的研究内容及意义

第二章 木屑吸附MB、CR的影响因素分析

2.1 实验部分

2.2 结果与讨论

2.3 本章小结

第三章 吸附模型与机理研究

3.2结果与讨论

3.1吸附模型实验

3.3本章小结

第四章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文