【摘要】：本研究利用白腐真菌Pleurotus ostreatus的培養(yǎng)基廢棄物(Spent cottonseed hull substrate, SCHS)作為生物吸附劑吸附水溶液中的陽離子染料。本文進行了可行性研究和論證,并深入研究了吸附等溫線、吸附動力學。吸附熱力學以及動態(tài)吸附模型等機理。 實驗選取染料中具有代表性的吩嗪類、吩噻嗪類、三苯甲烷類、偶氮類中的中性紅、亞甲基藍、孔雀石綠、剛果紅4種常用染料作為污染物,深入研究了SCHS對中性紅、亞甲基藍、孔雀石綠等3種陽離子染料的靜態(tài)、動態(tài)吸附行為,借助微量熱儀C80研究了SCHS對3種染料的吸附熱力學。 在研究SCHS對剛果紅不同pH值條件下的吸附試驗中,對一部分研究工作者在使用單一波長λmax測量剛果紅濃度時未考慮pH值變化對λmax的影響,進行了糾正。實驗證明不同pH值測量的剛果紅最大吸收波長變化很大,這與SCI期刊中已經報道的文獻不一致。實驗證明,剛果紅的最大吸收波長λmax在不同pH值溶液條件下會發(fā)生改變。因此,要準確測量不同pH條件下染料的濃度,必須考慮其最大吸收波長λmax的變化及相應吸光值的變化。 通過現(xiàn)代分析測試技術付里葉變換紅外光譜和熱重分析表明,SCHS中含有胺基、羥基、羰基、羧酸基、磷酸基等活性吸附官能團位點,這些官能團能夠與染料離子結合產生吸附作用。通過化學滴定測定了SCHS的零電點(pHPZC),進一步驗證了在SCHS吸附劑上存在羰基、羧酸基、磷酸基等活性吸附官能團位點。 在靜態(tài)的系列吸附實驗中,通過考察染料溶液pH值、吸附時間、吸附劑用量、吸附劑粒徑、溫度、離子強度、染料濃度等實驗參數(shù)對染料吸附的影響,確定了最佳的吸附條件。應用Langmuir, Freundlich, Redlich-Peterson和Sips4種吸附等溫線模型對SCHS在不同溫度條件下吸附染料的數(shù)據(jù)進行了擬合分析。用準一級吸附動力學、準二級吸附動力學和粒子擴散模型對不同時間條件下SCHS的動態(tài)吸附行為進行了擬合分析。為驗證各個模型的線性和非線性擬合的參數(shù)可靠性,本論文還比較了各個擬合結果的誤差數(shù)據(jù)。通過對等溫吸附模型、吸附動力學的線性回歸和曲線回歸比較分析,證明線性回歸的數(shù)據(jù)誤差明顯偏大,非線性回歸數(shù)據(jù)的可靠性要高于線性回歸。 吸附熱力學的研究表明,SCHS吸附3種染料的Gibbs自由能變化AG°均小于0,且溫度越高-△G。越小。這證明吸附過程引起Gibbs自由能降低,因此SCHS去除3種染料的吸附反應是自發(fā)進行的。焓變表明SCHS吸附3種染料的過程是吸熱反應,SCHS對3種染料的吸附除了物理吸附外,化學吸附占有主導作用。溶液環(huán)境溫度的升高,不僅有利于活化SCHS吸附位點,更重要的是在一定程度上增加了吸附位點的數(shù)量。 通過用C80微量熱儀對SCHS吸附染料的固相-液相體系熱量變化的測量,證明SCHS與染料溶液反應過程中的熱量變化不僅有吸熱過程的吸附熱還有放熱過程的潤濕熱。由于吸附熱較潤濕熱的值相差較大且整個體系潤濕熱起主導作用,因此整個體系放熱起主導作用。 最后,在動態(tài)吸附柱的實驗中,通過改變吸附柱的柱高、染料溶液流入速度、初始濃度等單因素條件,研究了各種因素對動態(tài)吸附的影響。動態(tài)吸附柱的機理研究表明,可以用Thomas模型和BDST模型來描述SCHS生物吸附劑在動態(tài)吸附柱中吸附3種染料的行為。動態(tài)吸附實驗表明, SCHS動態(tài)吸附柱可以有效去除溶液中的染料。 本論文的主要創(chuàng)新點是： 一、對一部分研究工作者在使用單一波長λmax測量剛果紅濃度時未考慮pH值變化對λmax的影響,進行了糾正。實驗證明有些染料在不同pH值溶液環(huán)境條件下,其發(fā)色基團的結構會發(fā)生改變,因此其最大吸收波長(λmax)及其吸光值也會隨著pH值的變化而變化,此研究糾正了一些國內外學者在先前研究中存在的誤區(qū)。 二、通過對等溫吸附模型、吸附動力學模型的線性回歸和曲線回歸比較分析,證明線性回歸的數(shù)據(jù)誤差明顯偏大,非線性回歸數(shù)據(jù)的可靠性要高于線性回歸。 三、運用C80微量熱儀對吸附染料的固相-液相體系熱量變化的測量,證明SCHS與3種陽離子染料溶液反應過程中的熱量變化不僅有吸附熱,還有放熱過程的潤濕熱,吸附熱較潤濕熱的值相差較大,因此,整個體系潤濕熱起主導作用。這是目前文獻中沒有報道的。
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：X703;X172

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 張麗芳;魏德洲;;真菌生物吸附劑對染料吸附脫色的研究[J];東北大學學報(自然科學版);2007年10期

2 明銀安,陸曉華;印染廢水處理技術進展[J];工業(yè)安全與環(huán)保;2003年08期

3 潘碌亭;;中國微污染水源水處理技術研究現(xiàn)狀與進展[J];工業(yè)水處理;2006年06期

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本文編號：2653340