【摘要】：污水的生化尾水以及自然水體中都存在低濃度溶解性有機(jī)污染物,這些物質(zhì)是消毒副產(chǎn)物的前體,會造成飲用水及生態(tài)安全隱患。由于水溶性強(qiáng)、可生化性差,如何對該類物質(zhì)經(jīng)濟(jì)高效地去除,是目前水處理的難題之一。水體中的溶解性有機(jī)物主要為負(fù)電性有機(jī)酸,離子交換一般具有較高的去除效率。然而,傳統(tǒng)的離子交換樹脂,由于在水處理中一般采用吸附塔工藝,其處理水量受吸附塔體積和樹脂床體過水阻力限制,無法滿足大流量水體處理的需要。而且固定床工藝具有投資大、運(yùn)行成本高等缺陷。澳大利亞Orica公司開發(fā)的磁性粉末強(qiáng)堿陰離子交換樹脂(MIEX(?)),交換速度快、易于沉淀分離,可以替代傳統(tǒng)的吸附塔工藝,具有處理水量大、投資及運(yùn)行成本低、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。近年來,被廣泛應(yīng)用于水體中溶解性有機(jī)質(zhì)的去除,被譽(yù)為“今后50年最好的飲用水處理模式”。然而,該樹脂存在以下不足:(1)制造成本仍偏高;(2)交換容量低;(3)機(jī)械強(qiáng)度較差,在使用中易于破碎,造成流失。目前,我國應(yīng)用于水處理的磁性樹脂完全依賴進(jìn)口。本文的研究工作正是基于上述背景,圍繞溶解性有機(jī)污染物深度凈化問題,開展新型磁性樹脂的合成和應(yīng)用研究,主要內(nèi)容和結(jié)論如下所述:(1)通過改性劑、單體和交聯(lián)劑的優(yōu)化,確立了以γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(γ-MPS)改性的Fe304、丙烯酸甲酯、二乙烯苯為主要成分的母體樹脂配方,通過共聚、胺解、烷基化步驟制備了新型磁性陰離子交換樹脂;研制的新型樹脂粒徑為100 μm左右,樹脂具有季銨鹽基團(tuán)和酰胺結(jié)構(gòu),具有良好的磁分離性能,其交換容量及機(jī)械強(qiáng)度均顯著優(yōu)于由Orica公司生產(chǎn)的磁性陰離子交換樹脂(MIEX);優(yōu)化了新型磁性樹脂合成反應(yīng)配方及控制條件,確定了適宜工業(yè)生產(chǎn)的操作工藝,實(shí)現(xiàn)了規(guī)�；I(yè)生產(chǎn)。(2)探索了強(qiáng)堿陰離子交換樹脂理化性質(zhì)對腐殖酸(HA)吸附和再生的影響,發(fā)現(xiàn)樹脂骨架的化學(xué)結(jié)構(gòu)比樹脂孔道及樹脂粒徑對吸附的影響更為顯著。由于骨架親水性差異較大所導(dǎo)致吸附機(jī)理的不同,聚丙烯酸系樹脂比聚苯乙烯樹脂在吸附容量和吸附速率上更具有明顯優(yōu)勢。大孔樹脂易受顆粒內(nèi)擴(kuò)散的影響,吸附速率較慢;同時(shí)由于顆粒內(nèi)擴(kuò)散速率的限制,粒徑對大孔樹脂動(dòng)力學(xué)影響較小。樹脂粒徑和孔道對吸附量的影響與初始濃度有關(guān):在較低初始濃度下,小粒徑樹脂具有明顯優(yōu)勢,而孔道影響較小;而在高初始濃度的體系中,大孔樹脂吸附量較大,粒徑則無明顯影響。脫附性能的考察表明,影響樹脂脫附性能的因素重要性依次為:骨架結(jié)構(gòu)、孔道結(jié)構(gòu)、樹脂粒徑。丙烯酸系強(qiáng)堿陰離子交換樹脂脫附率顯著高于苯乙烯系強(qiáng)堿陰離子交換樹脂。永久性孔道,大粒徑都不利于HA的脫附。新型磁性陰離子交換樹脂中Fe304含量在一定范圍內(nèi)的增加可以有效增加樹脂的親水性和孔體積,有利于樹脂對HA的吸附和脫附。(3)通過與傳統(tǒng)強(qiáng)堿陰離子交換樹脂、以及MIEX樹脂的對比,發(fā)現(xiàn)新型磁性陰離子交換樹脂,由于其親水性骨架結(jié)構(gòu),較小的顆粒粒徑,在吸附動(dòng)力學(xué)和脫附中具有顯著優(yōu)勢。其對HA的飽和吸附容量(570 mg/g)是傳統(tǒng)陰離子交換樹脂D201的4～5倍,顯著高于MIEX(307mg/g),是目前報(bào)道的對商業(yè)HA具有最大吸附量的吸附劑。同時(shí),NDMP-1較易脫附,具有良好的再生循環(huán)使用穩(wěn)定性。此外,該樹脂對于小分子羧酸類物質(zhì)也具有較高的交換容量。對于典型的溶解性磺酸類有機(jī)質(zhì),新型磁性陰離子交換樹脂對大分子活性染料(RWO)和小分子活性染料(OG)吸附量為MIEX樹脂的近2倍;此外,新型磁性陰離子交換樹脂體現(xiàn)出優(yōu)越的再生性能。(4)探索了 HA理化結(jié)構(gòu)對其在新型磁性陰離子(NDMP)系列樹脂上吸附的影響。通過對不同分子量組分的HA進(jìn)行分離和表征,發(fā)現(xiàn)HA各組分的芳香性隨著HA分子量的增加而增大,電負(fù)性與分子量大小并無相關(guān)性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果揭示了HA分子量大小對吸附無顯著作用,而HA的電負(fù)性大小是影響HA吸附的決定因素。分子量為2500-10000 Da的電負(fù)性最強(qiáng),因此其吸附量最大;而分子量小于1000 Da的HA電負(fù)性最弱,與NDMP系列樹脂無明顯作用。分子量為1000-2500 Da的組分由于多種吸附機(jī)制共存,再生困難,易形成樹脂的污染。(5)考察了新型磁性樹脂對幾種實(shí)際水體(某地表水、城市污水尾水、印染生化尾水)的處理效果,并對該技術(shù)在幾種實(shí)際水體的工程運(yùn)行出水水質(zhì)進(jìn)行跟蹤監(jiān)測。結(jié)果表明,新型磁性陰離子交換樹脂的水處理效果優(yōu)于MIEX樹脂及活性炭(F400D);該技術(shù)在幾種實(shí)際水體的工程運(yùn)行中,顯著改善出水水質(zhì),對水體中的溶解性有機(jī)質(zhì)、色度及其他污染物(總磷、總氮)具有較高的去除率,出水水質(zhì)穩(wěn)定,成本較低。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：X703
【圖文】：

水量的１２．６％，工業(yè)用水占總用水量的２３．３％，農(nóng)業(yè)用水占總用水量的６２．４％，而全國逡逑廢水排放總量為７６８億ｔ［ｌ］。目前，廢水經(jīng)傳統(tǒng)方法處理后，仍含有污染物排放進(jìn)入自逡逑然水體，進(jìn)而影響水廠供水水質(zhì)（圖１．１），對飲用水安全帶來威脅。水資源的緊缺和水逡逑污染的加劇，對可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施產(chǎn)生了極大的負(fù)面影響，同時(shí)威脅到我國居民的逡逑安全和健康［２，邋３］。如何對廢水進(jìn)行經(jīng)濟(jì)有效的深度處理，以提高再生水水質(zhì)，在減少逡逑污染物排放的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)廢水的有效回用，降低廢水排放量，是目前廢水處理的重要目逡逑標(biāo)；同時(shí)，如何在源頭提高自來水廠對自然水體的處理能力和效率，是保障日常生活和逡逑經(jīng)濟(jì)發(fā)展的前提。逡逑ｆａｃｔｏｉｒｙ逡逑ｉ邋＾邐！邋Ｋ邋３邋娜逡逑ｉ邐＼邐一邋ｚ邐＊逡逑■邐一邋＼邋ｗ邐／逡逑ｉｆ邐ＩｎａａＳｍｅｒｔｌ邐．邋ｆ邋ｆｔ邋ｐｌｓａｎｒｔ逡逑Ｉｆ邋／＊＃逡逑？Ｖ逡逑Ａ、邐Ｃｏ－ｍｉｎ0ｉ？ｄ逡逑＇0；＜邋Ｖ；邋■邐ｅｆｆｌｕｅｎｔ邋ａｎｄ逡逑ｎａｔｕｒａｌ邋ｒｕｎｏｆｆ逡逑圖１．１水循環(huán)、處理和回用示意圖（１）工業(yè)尾水；（２）地表水；（３）地下水逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ｗａｔｅｒ邋ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ，邋ｔｒｅａｔｍｅｎｔ邋ａｎｄ邋ｒｅｕｓｅ逡逑１）邋ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ邋ｓｅｃｏｎｄａｒｙ邋ｅｆｆｌｕｅｎｔ，邋２）邋ｓｕｒｆａｃｅ邋ｗａｔｅｒ邋ａｎｄ邋３）邋ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ邋ｗａｔｅｒ逡逑以較低成本對低濃度高水溶性有機(jī)質(zhì)的去除是目前水處理中的一大難題，這不僅影逡逑響水體回用

水量的１２．６％，工業(yè)用水占總用水量的２３．３％，農(nóng)業(yè)用水占總用水量的６２．４％，而全國逡逑廢水排放總量為７６８億ｔ［ｌ］。目前，廢水經(jīng)傳統(tǒng)方法處理后，仍含有污染物排放進(jìn)入自逡逑然水體，進(jìn)而影響水廠供水水質(zhì)（圖１．１），對飲用水安全帶來威脅。水資源的緊缺和水逡逑污染的加劇，對可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施產(chǎn)生了極大的負(fù)面影響，同時(shí)威脅到我國居民的逡逑安全和健康［２，邋３］。如何對廢水進(jìn)行經(jīng)濟(jì)有效的深度處理，以提高再生水水質(zhì)，在減少逡逑污染物排放的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)廢水的有效回用，降低廢水排放量，是目前廢水處理的重要目逡逑標(biāo)；同時(shí)，如何在源頭提高自來水廠對自然水體的處理能力和效率，是保障日常生活和逡逑經(jīng)濟(jì)發(fā)展的前提。逡逑ｆａｃｔｏｉｒｙ逡逑ｉ邋＾邐！邋Ｋ邋３邋娜逡逑ｉ邐＼邐一邋ｚ邐＊逡逑■邐一邋＼邋ｗ邐／逡逑ｉｆ邐ＩｎａａＳｍｅｒｔｌ邐．邋ｆ邋ｆｔ邋ｐｌｓａｎｒｔ逡逑Ｉｆ邋／＊＃逡逑？Ｖ逡逑Ａ、邐Ｃｏ－ｍｉｎ0ｉ？ｄ逡逑＇0；＜邋Ｖ；邋■邐ｅｆｆｌｕｅｎｔ邋ａｎｄ逡逑ｎａｔｕｒａｌ邋ｒｕｎｏｆｆ逡逑圖１．１水循環(huán)、處理和回用示意圖（１）工業(yè)尾水；（２）地表水；（３）地下水逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ｗａｔｅｒ邋ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ，邋ｔｒｅａｔｍｅｎｔ邋ａｎｄ邋ｒｅｕｓｅ逡逑１）邋ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ邋ｓｅｃｏｎｄａｒｙ邋ｅｆｆｌｕｅｎｔ，邋２）邋ｓｕｒｆａｃｅ邋ｗａｔｅｒ邋ａｎｄ邋３）邋ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ邋ｗａｔｅｒ逡逑以較低成本對低濃度高水溶性有機(jī)質(zhì)的去除是目前水處理中的一大難題，這不僅影逡逑響水體回用

Ｆｉｇｕｒｅ邋１．４邋Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｍａｇｎｅｔｉｃ邋ｒｅｓｉｎ邋（Ａ）邋ｉｎ邋ｓｉｔｕ邋ｆｏｒｍａｔｉｏｎ，邋（Ｂ）邋ｃｏ－ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ逡逑性樹脂是一種含有磁性材料的聚合物，其制備方法可以歸為兩類：“原位法”（圖１．４）。逡逑位法又稱為沉積法，典型的原位法過程是：樹脂通過離子交換作用與Ｆｅ３＋用，在堿性條件下于樹脂孔道中生成Ｆｅ３０４或Ｆｅ２０３邋（圖１．４Ａ）［３７，３８］。道用化學(xué)原位法在苯乙烯系強(qiáng)堿陰離子交換樹脂孔隙中原位生成磁性粒強(qiáng)堿陰離子交換樹脂［３９］。然而，由于磁性粒子存在于樹脂的表面或孔道性粒子容易脫落或被氧化、腐蝕，同時(shí)還會產(chǎn)生孔阻塞效應(yīng)，從而使樹脂附容量有所下降［４０］。因此，該法目前常用于納米磁性材料的固定化研宄于磁性樹脂的制備。逡逑聚法，是通過在樹脂單體聚合過程中引入磁性粒子，使得磁性離子與單體性聚合物顆粒（圖１．４Ｂ）丨４１，４２］�！肮簿鄯ā敝苽浯判詷渲年P(guān)鍵在于如均勻、穩(wěn)定地分布于樹脂骨架中。現(xiàn)有技術(shù)主要通過以下三種方式實(shí)現(xiàn)磁

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 童健;王海玲;符麗純;雙陳冬;劉福強(qiáng);李愛民;;基于電鍍廢水中復(fù)合污染物高效去除的新型磁性樹脂組合工藝研究[J];離子交換與吸附;2014年01期

本文編號：2760694