【摘要】：近年來(lái),我國(guó)的各大地表水系和地下水系普遍受到了不同程度的砷污染,飲用水的安全已岌岌可危。傳統(tǒng)的除砷方法已無(wú)法滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求,而利用生物吸附材料除砷是一種高效的、經(jīng)濟(jì)的、可再生性的治理方法。目前,我國(guó)的農(nóng)林廢棄料產(chǎn)量巨大,除了焚燒和作為家禽飼料外,尚無(wú)更多的處理處置方法,而將其開發(fā)為高效吸附劑用于含砷水的凈化處理,不僅可實(shí)現(xiàn)農(nóng)林廢棄物的資源化利用,還解決了含砷水的污染問(wèn)題。本論文選用啤酒廠的廢麥糟作為制備除砷吸附劑的原料,采用了Na OH預(yù)處理-環(huán)氧氯丙烷交聯(lián)-三甲胺季胺化的改性方法來(lái)制備麥糟陰離子吸附劑(簡(jiǎn)稱SG-AA)。最佳的制備條件為:原麥糟與2 mol/L氫氧化鈉的固液比為1 g∶10 m L,浸泡2 h;而后取堿化麥糟∶環(huán)氧氯丙烷∶氫氧化鈉∶乙醇為1 g∶5 m L∶8 m L∶2 m L,置于水浴中,在65℃下攪拌4 h;再取交聯(lián)化麥糟∶30%三甲胺為1 g∶5 m L,置于水浴中,在65℃下攪拌反應(yīng)2 h;最后用去離子水反復(fù)沖洗至中性,置于烘箱中,80℃烘干。利用掃描電鏡、能譜、紅外、X射線衍射等儀器分析了原麥糟和麥糟陰離子吸附劑(SG-AA)的結(jié)構(gòu)特征和物理化學(xué)性質(zhì)。麥糟呈木質(zhì)纖維素的特征,且處于非晶態(tài)或無(wú)定形態(tài),其失重特性分為吸附水的脫除和麥糟的熱分解兩個(gè)過(guò)程。SG-AA的表面形貌有所變化,出現(xiàn)了許多褶皺、溝槽和凹洞;其羥基(-OH)、烷基和羰基(C=O)等官能團(tuán)活性有所增強(qiáng),還引入了季胺結(jié)構(gòu)。SG-AA的p HPZC出現(xiàn)在p H為7~8的范圍內(nèi),p Hp HPZC,SG-AA表面帶正電荷,有利于對(duì)陰離子的靜電吸附。靜態(tài)吸附條件下考察了麥糟陰離子吸附劑(SG-AA)吸附砷的影響因素和行為機(jī)理。與原麥糟相比,SG-AA對(duì)As(III)的去除率提高了61.11%,可將初始濃度為0.5 mg/L的As(III)降低至《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5479-2006)中的0.01 mg/L。SG-AA吸附處理含砷水的最佳實(shí)驗(yàn)條件為:p H范圍為3~7,SG-AA投加量為8 g/L,反應(yīng)時(shí)間為30 min。SG-AA吸附砷的行為更符合準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程和Langmuir等溫模型,說(shuō)明吸附反應(yīng)主要由外擴(kuò)散過(guò)程控制,且SG-AA對(duì)砷的吸附屬于單分子層吸附。提高水中As(III)濃度或升高溫度,SG-AA對(duì)As(III)的飽和吸附容量隨之增加,在溫度為328 K時(shí),飽和吸附量達(dá)到了0.302 mg/g。通過(guò)儀器分析可知,SG-AA對(duì)砷具備選擇吸附作用,其表面的羥基和氨基會(huì)與砷發(fā)生結(jié)合,因此吸附主要發(fā)生在SG-AA的表面。將麥糟陰離子吸附劑(SG-AA)填充到吸附柱內(nèi)制成固定吸附床,考察了SG-AA除砷的動(dòng)態(tài)吸附性能。SG-AA吸附柱的穿透曲線與進(jìn)水流速、原水As(III)濃度、床層高度有關(guān),加大進(jìn)水流速、提高原水含砷濃度、降低床層高度,都會(huì)加速吸附柱床層的穿透。BDST模型能較好地描述吸附柱運(yùn)行時(shí)間和床層高度之間的關(guān)系,相關(guān)系數(shù)R2達(dá)到0.9992;Yoon-Nelson模型預(yù)測(cè)的Ct/Co為50%所需的理論時(shí)間與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)十分接近。SG-AA處理實(shí)際含砷水的穿透時(shí)間雖有提前,但仍具備一定的吸附能力。SG-AA經(jīng)過(guò)三次吸附-解吸-再生吸附后,其穿透吸附量下降了12.19%,表明SG-AA對(duì)砷的吸附具備較高的穩(wěn)定性。
【圖文】：

定零點(diǎn)電荷（PZC）的方法來(lái)表征 SG-AA 表面的酸堿特性。3.2 表面形貌特征分析顆粒物的表面形貌特征可通過(guò)掃描電鏡（SEM）進(jìn)行觀測(cè)分析，由 SEM 可觀測(cè)顆粒物的微觀形態(tài)圖像，這些圖像可用來(lái)分析顆粒物的粒徑、孔隙和表面結(jié)構(gòu)等特性。原麥糟 100× SG-AA100×

第三章 麥糟陰離子吸附劑的結(jié)構(gòu)特性表征由圖 3-1 可知，比較放大 100 倍的 SEM 圖，原麥糟的顆粒較小，這些可能是原麥糟在粉碎過(guò)篩時(shí)的細(xì)小顆粒；而 SG-AA 的顆粒呈卷曲的長(zhǎng)條形狀。比較放大 10000 倍的 SEM 圖，原麥糟的表面雖出現(xiàn)了一些裂口和裂痕，但其表面致密光滑，這是麥糟木質(zhì)素的致密特性造成的；與原麥糟相比，SG-AA 的表面發(fā)生了巨大的變化，，其表面出現(xiàn)了許多褶皺和溝槽，這些溝槽相互平行，分布均勻，并且 SG-AA 的表面還出現(xiàn)了許多大大小小的凹洞。SG-AA 的表面特征可能是由于改性劑的侵蝕和構(gòu)造作用造成的，這些褶皺、溝槽和凹洞結(jié)構(gòu)極大擴(kuò)增了 SG-AA 的比表面積，并且可提供更多的活性吸附位點(diǎn)。3.3 能譜分析能譜（EDS）分析是掃描電鏡上的重要附屬設(shè)備儀器，可用來(lái)分析材料微觀區(qū)域內(nèi)的元素分布，同時(shí)進(jìn)行定性定量的分析。
【學(xué)位授予單位】：江西理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ424;X52

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2516566