论文部分内容阅读
木质素磺酸钠(Sodium Lignosulfonate, SLSN)作为一种传统型表面活性剂,常被作为驱油剂应用于油田生产过程中以提高原油的采收率,在此过程中,会产生大量的含有表面活性剂的废水。如果大量的表面活性剂存在于水体中,会引起生态系统短期或长期的变化,对水生动植物和人类都有较大危害,该类废水在排放之前必须经过有效的处理。本文采用可溶性镁盐在碱性条件下原位生成氢氧化镁(Mg(OH)2)纳米颗粒作为吸附剂,处理含有SLSN的模拟废水。原位生成的Mg(OH)2纳米颗粒具有粒径小、比表面积大的特性,同时颗粒表面带有正电荷,通过强的静电作用能够有效的吸附带负电荷的SLSN。本文主要研究了不同吸附条件下例如可溶性镁盐的投加量、溶液pH、SLSN的初始浓度、接触时间、温度和共存的竞争阴离子对SLSN吸附性能的影响；利用扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X-射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和Zeta电势等测试手段对Mg(OH)2纳米颗粒吸附SLSN前后的表面形态、内在结构和表面特性进行了表征,结合Visual MINTEQ化学平衡模拟软件对其吸附机理进行了深入的探讨。研究结果表明：(1)在碱性条件下原位生成无定形的Mg(OH)2纳米颗粒,除了氢氧化钠(NaOH)外,氢氧化钙(Ca(OH)2)也可以作为碱,创造碱性环境原位生成Mg(OH)2纳米颗粒,相比于NaOH, Ca(OH)2价廉易得,在实际工业废水处理中可以降低处理成本,且同样能够达到较好的处理效果。(2)XRD结果可以看出基线低平且峰形尖锐,表明原位生成的Mg(OH)2纳米颗粒具有较高的纯度,吸附反应发生后,由于SLSN分子吸附在Mg(OH)2颗粒表面,导致衍射峰强度变弱。(3)对照吸附前后的FT-IR谱图,吸附了SLSN的谱图上出现了S=O和S032--基团的特征吸收峰,结果证实了SLSN分子确实吸附在Mg(OH)2纳米颗粒表面上了。(4)研究结果表明原位生成的Mg(OH)2纳米颗粒对SLSN具有很好的吸附效果,可溶性镁盐的投加量、溶液的pH值、接触时间以及温度对SLSN的吸附效果有很大影响,吸附实验的最佳pH值为10.5,可溶性镁盐的最佳投加量为2.0g/L,接触时间90s即可达到吸附平衡,且SLSN的吸附率可达90%以上。(5) Visual MINTEQ化学平衡模拟软件分析数据表明可溶性镁盐随溶液pH值的改变会呈现出不同的存在形态例如Mg2+, MgOH+和Mg(OH)2,由于表面电荷密度的改变,这些不同的存在形态对SLSN的吸附起着至关重要的作用。(6)利用Langmuir和Freundlich两个经典的吸附等温模型对实验数据进行拟合,发现Freundlich吸附等温线能更好地描述SLSN的吸附行为,SLSN分子在Mg(OH)2纳米颗粒上的吸附行为属于多层吸附；热力学研究表明,原位生成的Mg(OH)2纳米颗粒对SLSN的吸附是放热反应,温度升高不利于吸附反应的进行。(7)解吸实验表明,解吸后的SLSN的分子结构未发生明显变化,可以对其进行回收利用。(8)废水中通常都会共存着一些竞争阴离子例如N03-,HCO3-,H2PO4和SO42-,我们考察了这些竞争阴离子的存在对SLSN吸附效率的影响,结果表明N03-, HCO3-和H2PO4-的存在对SLSN的吸附效率没有产生明显的改变,而SO42-的存在会使SLSN的吸附效率略微降低,表明原位生成的Mg(OH)2纳米颗粒对SLSN具有很高的吸附选择性,共存的竞争阴离子不会对SLSN吸附效率产生明显影响。