论文部分内容阅读
纺织印染、皮革、造纸和塑料等工业每年都产生大量染料废水,由于许多染料具有极强的毒性,并能够致畸变、致癌、致突变,严重危害着人类的生命安全和生态环境的良性发展。因此,染料废水的治理至关重要。染料废水的处理难度大,现有方法的成本高、工艺复杂。生物质吸附剂资源丰富,价廉易得,且天然多孔,是优良的染料废水净化材料。亚麻屑作为一种加工剩余物,成分与杨木相似,其在染料吸附方面尚无研究。关于亚麻屑在染料吸附方面的理论和应用研究有待加强和完善。本论文利用亚麻屑为原料,制备染料吸附净化材料,对亚麻屑吸附孔雀石绿、壳聚糖改性亚麻屑吸附活性红和活性黄染料及亚麻屑纤维素季铵盐吸附活性红和活性翠蓝染料进行了系统的研究。分析了吸附剂用量、染料初始浓度、染料溶液pH值及温度对吸附效果的影响,重点围绕吸附动力学模型、吸附等温平衡模型和热力学模型及相关参数,并结合SEM、FTIR、XPS和XRD分析研究了染料吸附机理。(1)孔雀石绿在亚麻屑上的吸附研究以80~100目的亚麻屑颗粒为吸附剂,在10mg/L和30 mg/L的孔雀石绿溶液中吸附容量分别达到9.54mg/g和18mg/g;升高温度有利于亚麻屑对孔雀石绿的吸附;染料溶液初始浓度成提高,吸附容量提高,去除率下降;溶液的pH对吸附量有一定影响,随着pH增大而升高,在pH大于6的较宽范围内,具有较好的吸附效果;对实验数据进行了动力学模型拟合,发现亚麻屑吸附孔雀石绿的过程与准二级动力学模型和Elovich方程具有较好的关联度,但与准一级动力学模型的符合效果较差;通过粒子扩散模型研究,表明亚麻屑吸附孔雀石绿的过程分为三个连续的过程,吸附速率逐渐降低,且粒子内扩散过程并非唯一的控制吸附速率的过程;亚麻屑吸附孔雀石绿过程与Langmuir等温方程和Freundlich等温方程均具有较好的关联度;亚麻屑吸附孔雀石绿的过程为自发的吸热过程,吸附后混乱度下降;亚麻屑中含有Si02成分,吸附孔雀石绿后结构未发生明显的变化。亚麻屑吸附孔雀石绿既有物理吸附也有化学吸附,化学吸附为主。(2)壳聚糖改性亚麻屑吸附活性黄、活性红染料的研究改性的亚麻屑对活性红和活性黄的吸附能力较未改性亚麻屑提高17倍左右;壳聚糖改性亚麻屑对这两种活性染料的去除率随吸附材料用量的增加而增加,当亚麻屑的用量为0.5g时,染料的去除率可达到98%和95%左右;pH值越低有有利于壳聚糖改性亚麻屑对两种活性染料的吸附,当染料溶液的pH值为2时,亚麻屑对于染料的吸附效果最好;在相同条件下,亚麻屑这种吸附材料对活性红染料溶液的吸附效果要优于对活性黄染料溶液的吸附效果。利用NaOH溶液对活性黄的脱吸率大于活性红;经动力学模型拟合研究,壳聚糖改性亚麻屑吸附两种活性染料符合准二级动力学模型和Elovich模型;通过吸附等温线分析,壳聚糖改性亚麻屑吸附两种活性染料对Langmuir吸附等温方程、Freundlich吸附等温方程和Temkin方程均达到很好的线性相关;壳聚糖改性亚麻屑吸附两种活性染料以化学吸附为主,且壳聚糖上的部分氨基参与了吸附反应,被吸附的染料在吸附剂表面无有序排列,没有形成结晶结构。(3)亚麻屑纤维素季铵盐吸附活性红、活性翠蓝的研究亚麻屑纤维素季铵盐吸附剂对于活性红、活性翠蓝都具有较强的吸附能力,当吸附剂的用量为40mg时,染料的吸附量均可以达到200mg/g;染料溶液pH对吸附有明显的影响,随着pH值的升高,吸附效果明显下降;在相同条件下,亚麻屑纤维素季铵盐对活性翠蓝染料的吸附效果要优于对活性红染料。NaOH溶液处理后活性翠蓝比活性红的脱附率高;吸附剂吸附活性染料的过程遵从准二级动力学模型、Langmuir等温吸附平衡模型,为自发的放热反应;吸附活性翠蓝染料的过程准二级动力学模型、Langmuir温吸附平衡模型,为自发的吸热反应;SEM分析表明,所合成的亚麻屑纤维素季铵盐与亚麻纤维素相比,表面形貌发生了明显变化,产生均匀的鳞状褶皱结构,但吸附染料后表面褶皱纹理趋于平坦;FTIR和XPS分析表明,合成的物质确为季铵盐,生成的亚麻屑纤维素季铵盐通过正负电荷之间的静电吸引作用吸附染料;XRD分析表明,所合成的亚麻屑纤维素季铵盐为非晶态结构,吸附染料后,染料无结晶形成,分布均匀。亚麻屑及亚麻屑源的吸附剂对染料具有很好的吸附性能,有望应用于染料废水净化处理的实践中。同时,吸附后的材料颜色鲜艳,可作材料进一步应用。