【摘要】：隨著國家經(jīng)濟發(fā)展的日益壯大,環(huán)境保護成為可持續(xù)發(fā)展的一個重要建設(shè)項目。其中,水資源保護的問題尤為突出,而在引起水污染的諸多因素中,生活污水和工業(yè)、醫(yī)藥廢水的肆意排放成為主要污染源之一,尤其是大量高濃度的含抗生素及消炎類廢水的污染。當這些抗生素及消炎類有機物在環(huán)境和廢水中達到一定濃度時,便嚴重威脅生態(tài)及人類生存的環(huán)境。近幾年,處理這些抗生素污水成為眾多學者關(guān)注的焦點及研究領(lǐng)域之一。針對上述問題,本文選取海藻酸鈉作為基體,結(jié)合錳離子和錳金屬化合物的性質(zhì),采用不同合成方法獲得海藻酸基復合材料生物吸附劑,對這些吸附劑進行表征,并將其應(yīng)用于處理含抗生素廢水的性能評價中。(1)研究了以海藻酸鈉為基體,通過加入Mn~(2+)制備了Mn@海藻酸微球復合吸附劑。并以鹽酸四環(huán)素廢水為處理對象,探討了初始濃度、pH、吸附時間對吸附去除性能的影響。結(jié)果表明,強酸不利于吸附,吸附量隨著鹽酸四環(huán)素初始濃度的增大而增加。通過對準一級、準二級吸附動力學模擬,表明吸附劑的吸附過程更符合準二級動力學方程。吸附過程可用Langmuir型等溫模型擬合,0㩳R_L㩳1說明該吸附過程易于進行。熱力學模擬表明吸附劑吸附鹽酸四環(huán)素的過程是自發(fā)進行的,主要為物理吸附。通過H_2O_2構(gòu)建的類Fenton氧化體系的原位再生實驗,表明Mn~(2+)/H_2O_2體系能氧化廢水中的鹽酸四環(huán)素,顯著提降解效率,使表面富集有鹽酸四環(huán)素的Mn@海藻酸微球吸附劑可實現(xiàn)有效再生,重復使用。(2)通過海藻酸凝膠微球浸漬改性納米MnO_2制備高吸附性能的復合材料是一個簡單并環(huán)境友好的方法。H_2O_2分解產(chǎn)生豐富的強氧化基團和海藻酸鈉的獨特的物理/化學性能保證并強化了吸附劑MnO_2@海藻酸/Mn復合材料對諾氟沙星的吸附性和pH敏感性。SEM照片顯示,該吸附劑具有粗糙的凹凸不平的表面。FT-IR紅外光譜分析表明復合材料具有豐富的羧基和羥基。同時對參數(shù)如不同污染物初始濃度、pH值、不同溫度等進行了吸附性能的研究。此外,動力學數(shù)據(jù)和熱力學數(shù)據(jù)表明,MnO_2@海藻酸/Mn凝膠微球吸附諾氟沙星符合二級動力學模型和朗格繆爾等溫方程,且吸附過程主要為物理吸附。更重要的是,原位再生實驗證明了吸附劑優(yōu)良的穩(wěn)定性、可重用性和可再生能力。(3)通過熱裂解法制得的MnO_2@海藻酸基炭微球吸附劑對雙氯芬酸鈉(DCF)分子有有效的吸附性能,結(jié)果顯示酸性條件下有利于吸附劑對DCF分子的吸附,其平衡吸附量隨著DCF初始濃度的增加而增大,但是DCF分子平衡吸附量隨著吸附劑投加量的增加而減小。實驗吸附過程符合Langmuir模型和準二級動力學模型,說明吸附行為為單分子層吸附,且吸附過程為自發(fā)進行的吸熱過程。通過Mn/H_2O_2構(gòu)建的類Fenton體系中,通過調(diào)節(jié)溶液中H_2O_2濃度來降解DCF有機物,有效提高MnO_2@海藻酸炭微球的原位再生和循環(huán)利用率。(4)研究了MnO_2@海藻酸基炭微球吸附劑在固定床中吸附強力霉素(DC)的特性,考察了溶液pH(3.0~11.0)、床層高度(1~3cm)、進水濃度(20~30mg·L~(-1))和進水流速(1~3mL·min~(-1))等因素對固定床吸附特性的影響。結(jié)果顯示當進水pH6.0,固定床床層高度為1cm,強力霉素濃度為20mg·L~(-1)和進水流速為1mL·min~(-1)時,MnO_2@海藻酸基炭微球的最大吸附量為9.71mg·g~(-1)。Thomas和Yoon-Nelson模型均能較好的描述不同條件下吸附劑吸附DC的動態(tài)吸附行為,相關(guān)系數(shù)均大于0.980。同時,MnO_2@海藻酸基炭微球吸附劑具有很好的再生性能。
【學位授予單位】：長安大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X703
【圖文】：

圖 2.1 鹽酸四環(huán)素結(jié)構(gòu)式Fig. 2.1 Structure of tetracycline hydrochloride 6 時，在 250 mL 錐形瓶中加入一定量的 Mn@吸取 10 mL 樣品進行離心分離，取上清液于波Qe，mg·g-1）及去除率（η，%）可有下列等式0( )eeC C VQm 00( )100%eC CC 平衡吸附量（mg·g-1）；η 為相對應(yīng)的去除率；平衡時的平衡濃度（mg·L-1）；V 為溶液體積（的方法探究不同條件下 Mn@海藻酸對鹽酸四環(huán)

圖 2.3 是不同放大倍數(shù)下海藻酸鈉微球和 Mn@海藻酸微球的 FE-SEM 照片。圖 2.3a是海藻酸鈉微球的形貌，該微球為實驗制備的空白平行樣。從圖中可以看出其具有明顯的球形度，分散性好，且破損較少，說明海藻酸鈉微球具有較好的機械強度。海藻酸鈉微球的尺寸分布均勻，直徑范圍為（40 ±0.5）~（60 ±0.5） μm。圖 2.3b 是一個放大了的海藻酸鈉微球，可以清楚的看到樣品保持了海藻酸鈉的球形形態(tài)，表明粗糙。圖 2.3d是 Mn@海藻酸微球的 FE-SEM 照片，可以看出海藻酸鈉微球大小較均勻（直徑范圍為（23 ±0.5）~（35 ±0.5） μm）。較海藻酸鈉微球直徑減小了約 42%，這是由于錳離子與海藻酸鈉發(fā)生螯合作用，海藻酸鈉大分子中間的親水空間被多價金屬離子占據(jù)，使得海藻酸鏈間結(jié)合得更緊密，協(xié)同作用更強。圖 2.3e 是一個典型的 Mn@海藻酸微球，樣品保持了海藻酸鈉球形形貌，表面光滑。采用 EDS 對圖 2.3c 海藻酸鈉微球和圖 2.3f Mn@海藻酸微球的元素成分進行分析，結(jié)果表明在 Mn@海藻酸微球的 EDS 能譜中出現(xiàn)了錳的衍射峰，說明錳離子已經(jīng)成功的負載到海藻酸鈉微球上。

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