废水中三氯生的吸附去除、作用机制和竞争吸附行为研究

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三氯生(Triclosan,TCS)是一种广谱抗菌剂,属于典型的药品和个人护理用品(Pharmaceuticals and personal care products,PPCPs),广泛用于个人护理品、洗涤用品和医疗消毒品中。因疏水性强,具有长期残留性、生物蓄积性和高毒性,在光照时易生成毒性更大的二噁英,TCS已成为国内外水处理领域内研究的热点内容之一。生物吸附是近年来新兴的一种去除废水中污染物的技术。相比于其他废水处理技术(如生物降解、光化学降解、氧化法等),生物吸附技术因成本低、吸附剂材料来源广泛、无二次污染等特点受到普遍关注。本文针对废水中TCS的吸附去除,以固体废弃物豆饼和活性污泥为原料制备对TCS效果好的低成本生物吸附剂,对其吸附TCS的内在机理和竞争吸附行为进行初步研究,同时研究竞争吸附特性及吸附机理,为废水中TCS的去除处理提供一定的依据。  为考察质子化豆饼(Protonated de-oiled soybean,PDOS)上的不同官能团如胺基、羧基、巯基、磷酰基和脂类物质对于TCS的生物吸附的贡献,采用化学改性对质子化豆饼上的官能团进行掩蔽处理,利用FTIR揭示PDOS化学处理前后的变化。此外,研究了影响吸附主要因素pH对吸附过程的研究。结果表明,巯基、脂类成分和胺基可能是PDOS吸附TCS的主要结合位点,其中巯基在整个吸附过程的贡献最大,其次是脂质和胺基。然而,羧基的作用无法确定。磷酰基团在PDOS对TCS的吸附中可能没有贡献。pH对TCS生物吸附过程有显著影响,最佳pH为4.0,揭示了静电相互作用在酸性和中性环境中对PDOS吸附TCS中不起作用。巯基改性的和胺基甲基化的吸附剂在吸附量的明显降低表明PDOS对TCS的吸附过程主要受PDOS上羟基、胺基与TCS上酚羟基之间的氢键作用控制。PDOS经脂质提取后吸附量降低则揭示了疏水作用可能在TCS的生物吸附中起一定作用。  为考察污水厂中不同形态的活性污泥对于TCS吸附的影响,选取了好氧颗粒污泥(Aerobic granular sludge,AGS)、厌氧颗粒污泥(Anerobic granular sludge,ANGS)和絮状活性污泥(Flocculent activated sludge,FAS)为研究对象,经简单的清洗和烘干处理制备成吸附剂用于废水中TCS的去除。考察了初始pH、不同吸附剂用量以及不同初始TCS浓度对吸附过程的影响。结果表明,pH值对AGS吸附TCS有重要影响,最优pH值为4.0,酸性和中性条件下pH对ANGS和FAS吸附TCS的影响较小。分别采用准二级动力学方程、抛物线扩散方程方程和Elovich方程对3种污泥吸附TCS的试验数据进行了分析处理,结果表明,该吸附过程符合准二级动力学模型。采用Langmuir、Freundlich和Temkin等温线模型对试验数据进行了分析处理,对于3种污泥吸附剂,Langmuir的拟合效果最好,所得Q0分别是AGS—64.10mg/g、ANGS—24.69mg/g、FAS—43.10mg/g;相比于FAS和ANGS,AGS表现出对TCS的更强的吸附能力。因此,AGS具有潜在的TCS吸附能力,可以作为廉价高效吸附剂应用于处理含TCS废水的研究。  为获得更高的TCS去除效果,采用化学修饰法嫁接特征官能团如胺基、疏水基团、巯基来改性AGS。考察了不同改性剂浓度、pH和不同初始TCS浓度对吸附效果的影响。结果表明,3种改性AGS对TCS的吸附过程几乎不受pH影响。当改性剂APTES用量为4%时可以获得吸附能力更好的AM-AGS;改性剂HTAB用量为2mM时,HM-AGS吸附能力最大;改性剂MPTES用量(5%~25%)对于SM-AGS吸附TCS没有影响。采用Langmuir、Freundlich和Temkin吸附等温线模型对试验数据进行了分析处理,Langmuir等温线模型的拟合效果最好,AM-AGS、HM-AGS、SM-AGS的Q0分别为86.21、200.00和112.36mg/g。结果表明,3种改性方式均提高了AGS对TCS的吸附性能,其中HM-AGS对TCS的吸附性能最好,其次是SM-AGS,再者是AM-AGS。  将HM-AGS应用于废水中TCS和BPA的竞争吸附,探讨了单、双组份溶液中TCS和BPA的吸附影响因素和竞争吸附特性。单组份的吸附试验考察了不同初始pH、盐度和阴阳离子对吸附效果的影响。结果表明,初始pH对TCS的吸附影响很小,而强碱性条件有利于BPA的吸附。加入NaCl不利于TCS的吸附,高盐度会抑制BPA。常见的阴离子(Cl-、NO3-、SO42-)对HM-AGS吸附TCS均有一定抑制作用,其中NO3-影响最大;NO3-、Mg2+、Ca2+的存在会抑制BPA的吸附。相比于Langmuir、Freundlich、Langmuir-Freundlich和Redlich-Peterson等温线模型对单组份溶液中TCS和BPA的吸附试验数据拟合效果最佳,根据Langmuir等温线计算得到的TCS和BPA的Q0分别为133.89mg/g和92.76mg/g。多组分的吸附试验中,BPA的存在会抑制HM-AGS对TCS的吸附,两者之间存在拮抗作用的关系。试验中所使用的多组份Langmuir、Langmuir-Freundlich和Redlich-Peterson模型均不能很好的描述竞争吸附平衡试验数据。FTIR分析表明,氢键和疏水作用可能是HM-AGS吸附TCS和BPA的主要机制。
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