重力压缩曝气条件下纤维球吸附偶氮染料研究

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改革开放至今,染料行业发展破浪乘风,废水排放问题的解决刻不容缓。目前国内外处理染料废水的主要方式是吸附法。吸附法是经典的水处理方法之一,处理效果好、操作简单。目前,制备出吸附效果好、绿色环保、成本低廉的吸附剂是解诀废水问题的当务之急。本研究选用涤纶纤维,经碱溶液预处理和硅烷偶联剂表面改性,研究制备出一种新型涤纶复合材料。根据复合材料设计了一套重力压缩过滤吸附装置,再经过单因素实验,获得了涤纶纤维复合材料的最佳制备条件、形貌结构、吸附动力学模型、染料去除机理以及吸附材料的再生效果。主要结果如下:(1)以涤纶纤维和β-环糊精为主要原料、硅烷偶联剂为联接剂,研究制备出涤纶纤维复合材料,研究探究不同碱处理浓度、碱处理温度、β-环糊精处理浓度、β-环糊精处理温度和硅烷偶联剂浓度对刚果红吸附性能的影响,研究得出涤纶纤维复合材料的最优合成条件为:碱处理温度为30℃,碱处理质量分数为10%,β-环糊精处理温度40℃,β-环糊精处理浓度48g/L,硅烷偶联剂投加量为0.1%。(2)通过扫描电镜表征手段,发现弱碱处理基本不改变涤纶纤维表面形貌,只增加了涤纶纤维的粗糙度,且在吸附过程中偶氮染料被吸附剂吸附,经再生处理后又被洗脱。根据FTIR表征结果,碱处理前、碱处理后、改性后、吸附后的光谱带的位置和形状基本相同,进一步证明了改性过程中聚酯纤维的内部聚合物结构没有被破坏。根据XPS表征结果,吸附过后出现S元素,表明刚果红被吸附。对比不同类型的再生液发现,不同种类的再生液对吸附再生率影响显著,当次氯酸钠的浓度为0.1mol/L时,再生率最高,且经过五次再生实验,再生率始终保持相似,高于80%。(3)通过单因素讨论,在研究纤维球对偶氮染料的过程中,发现:p H环境对复合材料的吸附性能影响不大,在p H5-9范围内,刚果红的去除率始终保持在96%-100%,吸附容量为9.48mg/g~11.65mg/g,p H为8作为复合材料应用的最佳p H条件。吸附时间对吸附的影响显著,结果表明吸附大致分为三个阶段,一是快速反应阶段,发生在前6个小时;二是在6-8小时内的缓慢吸附阶段;三是8h后,吸附趋于稳定。8小时是复合材料吸附刚果红的最佳吸附时间。纤维球投加量对刚果红的吸附性能具有影响,去除率随吸附剂投加量增加而增加,本研究选择的最佳投加量为48g/L。吸附性能也还受到染料初始浓度的影响:初始浓度与去除率成负相关。(4)进行吸附实验数据的动力学拟合研究,表明:在p H5-9条件下,刚果红分子的吸附过程都更贴合拟一级动力学模型,主要为物理吸附。理论吸附容量为11.07mg/g,与实际吸附容量11.2mg/g接近。(5)对比分析循环、不循环与循环不曝气三种操作条件下的刚果红吸附效果。研究发现在三种条件下,刚果红废水的色度均能显著降低,且去除率随时间逐渐增加。在曝气连续条件下,刚果红的吸附效果最好;曝气不连续件下,刚果红的吸附效果最差。
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