丝瓜应用于染料污水生物处理研究

摘要

染料废水排放到水体中，能够降低水体的光透性，从而影响水生植物的光合作用和动植物的生长，染料还可以通过食物链的生物富集作用对人体健康产生危害。染料废水具有成分复杂、稳定性好和难生化降解的特点，使其脱色处理较难进行。染料废水的处理中吸附法以其处理效果好而被广泛使用，常见的吸附剂有离子交换纤维、工业废料(如粉煤灰、煤渣)和活性炭等。离子交换纤维不能用于所有类型的染料，煤渣粉煤灰等虽然具有蜂窝状结构是优良吸附剂但是其比表面积低导致其处理效果较差。因此，一些成本较低的农业副产品、废弃物以及以它们为原料烧制成的活性炭已经成为染料污水生物吸附领域的研究热点。
　　本研究以常见农业植物丝瓜(Luffa cylindrica)络为原料，分别通过化学改性的方法和H3PO4活化法制备改性丝瓜和丝瓜络活性炭来对水体中的日落黄和罗丹明B两种染料进行吸附研究。运用比表面积和孔径自动分析仪、傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)等方法分别对丝瓜、改性丝瓜和活性炭的物理化学性质进行表征。结果表明，丝瓜的表面存在大量的孔径结构，其比表面积为10.12m2/g。化学改性丝瓜比表面积为5.19m2/g，其表面发生了化学变化进而改变了丝瓜的结构。红外光谱(FTIR)分析显示甲基和醚键两个官能团在改性丝瓜对日落黄吸附能力的提高中起到重要作用。以丝瓜为原料烧制的活性炭比表面积高达834m2/g，是丝瓜络的比表面积的82倍，微孔和中孔分别占总表面积的31.2％和68.8%，为典型的微孔-中孔混合结构，总孔容高达1.012 cm3/g。
　　为了验证丝瓜、改性丝瓜和活性炭对日落黄和罗丹明B的吸附效果，分别考察了吸附剂的用量、染料的初始浓度(C0)、pH值、震荡时间(t)和温度(T)五个因素对染料吸附效果的影响。吸附实验结果表明，丝瓜络对日落黄和罗丹明 B的直接吸附效果较差，在298K温度时最大平衡吸附量分别达到14mg/g和23.70mg/g，pH都为1时吸附效果最好，吸附时间在180min时达到吸附平衡，丝瓜络对这两种染料的吸附类型都为物理吸附。化学改性后丝瓜以及以丝瓜为原料烧成的活性炭对染料的吸附效果显著提高。随着温度的升高，改性丝瓜对染料日落黄吸附的最大平衡吸附量不断增大，温度在298K时，最大平衡吸附量可以达到137mg/g，是未改性的丝瓜最大平衡吸附量的9.78倍，最大去除率达到99.96%，pH影响较小，热力学模拟是一个自发和吸热的过程，吸附类型为化学吸附。丝瓜络活性炭对日落黄和罗丹明B吸附能力大大的提高，在298K温度时最大平衡吸附量分别达到476.19 mg/g和333.33 mg/g，最大去除率都能达到99%以上。
　　通过吸附等温曲线以及动力学方程的模拟实现对吸附机理进行探究。结果表明，丝瓜、改性丝瓜和活性炭对日落黄和罗丹明B吸附动力学的模拟结果均符合伪二级动力学模型，表明吸附机制是吸附剂对染料吸附的限制因素，而非颗粒内传质阻力。吸附等温曲线模拟结果表明丝瓜、改性丝瓜、活性炭对日落黄的吸附以及活性炭对罗丹明 B的吸附均符合Langmuir等温模型，因此这四种吸附过程都属于单分子层吸附。丝瓜对罗丹明B的等温吸附线模拟的结果符合Freundlich等温曲线，该结果表明，此吸附过程为多分子层吸附。三种吸附剂对染料的吸附过程表明吸附过程会受到多种动力学因素的调控，颗粒内扩散过程不是唯一的控制因素，吸附过程均为优先吸附且容易进行。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2染料废水的产生、危害和处理现状

1.3 丝瓜络简介

1.4 植物材料制备吸附剂研究现状

1.5 主要研究内容与意义

第2章 实验材料与方法

2.1 实验材料

2.2 实验方法

第3章 丝瓜络、改性丝瓜络及丝瓜络活性炭吸附阴离子型染料日落黄的性能研究

3.1日落黄和罗丹明B标准曲线

3.2 样品表征

3.3 溶液pH的影响

3.4 吸附剂用量的影响

3.5 吸附时间和吸附动力学研究

3.6 染料初始浓度及其吸附等温曲线的模拟

3.7正交实验综合因素影响

3.8 吸附热力学研究

3.9 三种吸附剂对日落黄去除率和最大平衡吸附量的对比

3.10 小结

第4章 丝瓜络及丝瓜络活性炭吸附阳离子型染料罗丹明B的性能研究

4.1 溶液pH的影响

4.2 吸附剂用量的影响

4.3 吸附时间及吸附动力学研究

4.4 染料初始浓度及其吸附等温曲线的模拟

4.5 吸附热力学研究

4.6正交实验综合因素影响

4.7 两种吸附剂对罗丹明B去除率和最大平衡吸附量的对比

4.8 小结

第5章 结论与建议

5.1 结论

5.2 建议

参考文献

致谢

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