改性植物纤维对染料静态及动态吸附行为和机理研究

摘要

大量有机废水尤其是有机染料的排放严重污染了环境，其治理迫在眉睫。以废弃的植物纤维为材料的生物质吸附法因具有来源丰富、无毒、易被生物降解等优点而备受关注。然而，天然植物纤维：树叶对染料的吸附容量较低，处理废水效果较差。为此，本论文以废弃的植物纤维：梧桐树叶为原材料，制备了对阴离子和阳离子染料具有较高活性的改性生物质吸附剂，在静态和动态条件下单一体系和多组分体系中研究了改性生物质吸附剂对常见染料：碱性品红、亚甲基蓝和刚果红的吸附性能，具体工作如下：　　采用了一种简单温和的方法制备了均苯四甲酸二酐（PMDA）改性植物纤维，在静态条件下考察了染料初始浓度、吸附时间、pH 和共存离子对阳离子染料碱性品红吸附效果的影响，在动态条件下考察了改性吸附剂填充柱对碱性品红的吸附曲线。结果表明，改性后植物纤维对碱性品红的吸附容量由190.92 mg/g提高至362.24 mg/g，Langmuir 等温吸附方程能较好的模拟其吸附过程；准二级动力学方程和颗粒内扩散模型能较好模拟刚果红的动力学吸附过程，说明其吸附同时受颗粒内扩散和膜扩散控制；酸度实验和离子强度实验结果表明刚果红吸附的最佳酸度为8，二价离子对阳离子染料的吸附影响较一价离子大。动态条件下改性生物质吸附剂对染料的吸附容量受染料初始浓度影响较大，Yoon-Nelson模型可较好拟合染料的流出曲线。　　静态条件下探讨了PMDA改性生物质吸附剂对阳离子染料亚甲基蓝的吸附等温线及动力学曲线，结果表明改性后吸附剂对亚甲基蓝的吸附容量由88.6 mg/g提高到443.5 mg/g，吸附速率受吸附剂表面活性位点数及染料初始浓度控制。动态吸附结果表明当染料初始浓度有0.3 mol/L增至0.8mol/L时，动态吸附容量由447.50 mg/g变至414.7 mg/g；当吸附剂颗粒粒径由0.075~0.150 mm增至0.150~0.250 mm时吸附容量由450.54mg/g变至437.01 mg/g；当吸附剂用量由1 g增至3g时，吸附容量由414.14mg/g变至427.26 mg/g，以上结果表明染料初始浓度、颗粒尺寸、吸附剂用量在所研究的范围内对动态吸附的影响不大。改性生物质吸附剂填充柱可用0.1 mg/g的HCl溶液进行洗脱，洗脱后可重复使用。　　采用交联法制备了四乙烯五胺（TEPA）改性植物纤维，在静态条件下考察了其等温吸附线、动力学曲线和共存离子对阴离子染料刚果红吸附的影响，在动态条件写研究了改性吸附剂填充柱对刚果红的吸附曲线。结果表明改性后其对刚果红的吸附容量由17.74 mg/g增加至259.82 mg/g，其吸附过程符合Langmuir等温吸附模型，吸附的动力学过程主要受颗粒内扩散和膜扩散控制，溶液中共存的盐离子可促进刚果红的吸附。动态吸附实验结果表明四乙烯五胺改性梧桐树叶对刚果红吸附的流出曲线Adams-Bohart和Yoon-Nelson模型。　　探讨了单一改性吸附剂填充柱及串联的改性吸附剂填充柱对阴离子和阳离子混合染料的动态吸附行为。结果表明单一 PMDA 改性吸附剂填充柱对阳离子染料吸附效果好，单一TEPA改性吸附剂填充柱对阴离子吸附效果好，而串联柱可同时高效吸附阴离子和阳离子染料，达到同时去除水体中阴离子和阳离子染料的目标。　　以上研究表明，采用简单的方法对废弃的梧桐树叶进行表面改性并用于染料的废水处理中，不仅可变废为宝，还可以废治废，经济环保效益显著。

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