溶液絮凝--颗粒吸附--膜过滤去除水体中阴阳离子染料工艺研究

摘要

大多数染料由于其结构中存在芳环而具有致畸性、致癌性和致突变性，对人类健康和水体生物都构成严重的威胁。因此，在排放到天然水中之前从染料废水中去除各种染料对于环境安全和清洁生产是非常重要的。絮凝和吸附因为其成本低、操作简单和效果显著，一直被认为是最有效的去除废水中染料的方法。壳聚糖(CS)因其价格便宜、来源丰富，具有大量的氨基和羟基活性官能团等特点而被广泛研究。迄今为止，用于絮凝/吸附去除染料的CS有多种形式，如CS粉末、CS海绵、CS微球、CS膜及其它以CS为主体的杂化材料。这些形式的CS在使用时存在基团利用率较低和再生困难的缺点。本研究中，考虑到CS溶液与染料溶液的良好相容性，直接采用CS溶液絮凝阴离子染料，以充分利用CS分子链上的活性基团。还考察了特定条件下所形成CS-染料颗粒直接用于阳离子染料的再吸附作用，以减少再生过程、工艺污染和提高工艺效率。此外，探究了膜过滤对絮凝/吸附后的染料溶液的分离作用。具体研究工作包括以下几个方面: 第一部分研究了CS溶液对阴离子染料刚果红(CR)的絮凝分离作用及CS-CR颗粒的形成。还研究了CS溶液用量、时间和初始染料浓度等因素对染料去除效率的影响。结果表明该过程快速且高效。在30 mL初始浓度为500mg·L-1的CR染料中使用0.1 g1 wt％CS溶液，1 min内CR的去除率高达99.90％，吸附容量为14971.70 mg·g-1。并且在该条件下会形成表面具有大量负电荷的CS-CR颗粒，而在其它条件下生成凝胶状物质。当初始浓度为2000mg·L-1时，CS的超高吸附容量达到44956.20 mg·g-1，远远高于目前报道的最高吸附容量。 第二部分研究了CS-CR颗粒对阳离子染料亚甲基蓝(MB)和罗丹明B(RhB)的吸附分离作用。考察了CS-CR颗粒用量、时间和初始染料浓度等因素对染料去除的影响。结果表明CS-CR颗粒对MB和RhB的最大吸附容量分别为1457.10 mg·g-1和990.00 mg·g-1，优于其它的CS吸附剂。吸附过程可以通过伪二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型较好地描述。 第三部分研究了膜过滤对溶液絮凝或颗粒吸附处理后的染料溶液的分离作用。结果表明膜过滤可实现对絮凝/吸附后的染料溶液的快速分离。膜分离过程中所形成的CS-CR颗粒滤饼层可进一步用于分离溶液中CR和MB，去除率分别达到69.87％和82.14％，实现了滤饼层的再利用。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1引言

1．2常用染料

1．2．1阴离子染料

1．2．2阳离子染料

1．2．3非离子型染料

1．3染料废水的特点及危害

1．4染料废水的处理方法

1．4．1物理法

1．4．2化学法

1．4．3生物法

1．5壳聚糖及其在染料废水处理中的应用

1．5．1壳聚糖的结构及性质

1．5．2壳聚糖及其衍生物在染料废水处理中的应用

1．6研究目的及内容

1．6．1研究目的

1．6．2研究内容

第二章壳聚糖溶液对阴离子染料的去除

2．1研究内容

2．2实验材料及仪器

2．3实验及表征方法

2．3．1壳聚糖溶液对阴离子染料去除的实验方法

2．3．2紫外-可见分光光度计

2．3．3透射电子显微镜

2．3．4纳米粒径电位分析仪

2．4结果与讨论

2．4．1壳聚糖溶液对不同阴离子染料的去除

2．4．2壳聚糖溶液用量对去除刚果红的影响

2．4．3时间对去除刚果红的影响

2．4．4刚果红初始浓度对去除刚果红的影响

2．4．5溶液pH对去除刚果红的影响

2．4．6温度对去除刚果红的影响

2．4．7无机盐和表面活化剂对去除刚果红的影响

2．4．8壳聚糖刚果红复合物形貌

2．5本章小结

第三章壳聚糖-刚果红颗粒对阳离子染料的去除

3．1研究内容

3．2实验材料及仪器

3．3实验及表征方法

3．3．2紫外-可见分光光度计

3．4结果与讨论

3．4．1壳聚糖-刚果红颗粒用量对去除阳离子染料的影响

3．4．2时间对去除阳离子染料的影响

3．4．3染料初始浓度对去除阳离子染料的影响

3．4．4溶液pH对去除阳离子染料的影响

3．4．5温度对去除阳离子染料的影响

3．4．6无机盐和表面活性剂对去除阳离子染料的影响

3．4．7吸附动力学研究

3．4．8等温吸附研究

3．5本章小结

第四章膜过滤在染料分离工艺中的应用

4．1研究内容

4．2实验材料及仪器

4．3实验及表征方法

4．3．1实验方法

4．3．3场发射扫描电子显微镜

4．4结果与讨论

4．4．2颗粒吸附-膜过滤工艺去除亚甲基兰

4．4．3微滤膜的重复使用性

4．4．4微滤膜的表面形貌

4．4．5 CS-CR颗粒滤饼层的再利用

4．5本章小结

第五章总结与展望

5．1总结

5．2展望

参考文献

发表论文及专利

参加科研项目情况

致谢