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磁性吸附材料的制備及其在印染廢水處理中的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間：2020-08-10 06:06

【摘要】：染料在紡織、造紙、食品、印刷、皮革和塑料等行業(yè)中被廣泛用作著色劑。然而,許多染料是有毒、致癌和致突變的。隨著印染行業(yè)的快速發(fā)展,水體污染問題非常突出,已經(jīng)嚴(yán)重危害到了水體的生態(tài)環(huán)境,時(shí)刻威脅著人類的身體健康。因此,印染廢水在排放前必須進(jìn)行處理。其中,由于吸附法具備能耗低、高吸附容量和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是一種去除溶解性印染廢水染料的有效方法。在過去的幾十年里,作為吸附劑活性炭因其成本低、吸附效率高等特點(diǎn)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于廢水處理中。然而,如何將吸附劑從印染廢水中有效和快速的分離是一個(gè)亟待解決的問題。磁分離方法可以解決這個(gè)問題。在外部磁場(chǎng)的作用下,磁性吸附劑可以很容易從廢水中分離出來。雖然許多學(xué)者在磁性吸附劑的制備和合成方面做了大量的工作,但由于其較高的原材料成本,或復(fù)雜的操作過程和重復(fù)利用率低等原因,使其在實(shí)際應(yīng)用和商業(yè)化生產(chǎn)中仍然受到了極大的限制。因此,開發(fā)出合成工藝流程簡(jiǎn)單、能夠大批量生產(chǎn)并同時(shí)具有價(jià)格低廉易回收并再生后能多次重復(fù)利用,并有效去除廢水中重金屬和染料有機(jī)物的新材料和新技術(shù)是非常有意義的。本論文是將碳材料與磁性材料的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合,使其既具有碳材料的吸附性能,又具備磁性材料易沉降易回收的功能,以期對(duì)印染廢水中的染料污染物進(jìn)行去除。具體方法是將價(jià)格低廉的氮源、吸附材料前體和磁性體前體,采用管式爐高溫處理法共同改性活性炭,制得一系列易沉降分離并能多次重復(fù)利用的新型吸附材料,并將其用于去除印染廢水中的酸性藍(lán)80(AB80)和亞甲藍(lán)(MB)來測(cè)試樣品的吸附性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在適宜條件和氮?dú)夥諊轮苽涞拇判晕絼┚@示了良好的磁性能和吸附效果。論文由以下四部分組成:第一部分:鐵磁性體活性炭吸附材料的制備及其吸附性能本章分別以三聚氰胺(MEL)和尿素(CN)為氮源、三氯化鐵為磁性材料前體、活性炭(AC)為吸附材料前體,利用一步高溫處理法合成了鐵磁性體活性炭吸附材料�？疾炝藷崽幚頊囟取⒏鹘M分的含量對(duì)復(fù)合材料磁性能,特別是飽和磁化強(qiáng)度及吸附性能的影響。以樣品對(duì)印染廢水中亞甲基藍(lán)(MB)和酸性藍(lán)80(AB80)溶液的吸附為模型,考察了吸附溫度、pH值、吸附劑的用量及改性劑的種類等因素對(duì)復(fù)合材料吸附性能的影響。結(jié)果表明,復(fù)合材料的飽和磁化強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于磁性材料前體的磁化強(qiáng)度,有著很好的磁性可分離性,且保持了碳材料組分優(yōu)異的吸附性能。同時(shí)還研究了吸附材料吸附過程的動(dòng)力學(xué)行為,建立了吸附動(dòng)力學(xué)模型。第二部分:鐵鈷磁性體活性炭吸附材料的制備及其吸附性能本章在上一章工作的基礎(chǔ)上,通過向反應(yīng)體系中加入氯化鈷的方法,利用一步高溫處理法得到了鐵鈷磁性體吸附材料�？疾炝藷崽幚頊囟�、各組分的含量對(duì)復(fù)合材料磁性能特別是飽和磁化強(qiáng)度及吸附性能的影響。并以制備的吸附材料對(duì)人工模擬廢水中的亞甲基藍(lán)溶液的吸附為模型,考察了吸附溫度、溶液的pH值、吸附劑的用量及改性劑的種類等因素對(duì)復(fù)合材料吸附性能的影響。結(jié)果表明,通過向鐵磁性體活性炭吸附材料中引入鈷離子,制備得到的吸附劑的飽和磁化強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于磁性材料前體的磁化強(qiáng)度,能夠基本保持鐵磁性吸附材料的飽和磁化強(qiáng)度變化不大的前提下,同樣有著很好的磁性可分離性,但其比表面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鐵磁性體吸附材料的比表面積,這使得合成的吸附劑具有了更好的吸附性能。因此,通過這種方法制備的復(fù)合材料是一種具有優(yōu)異吸附性能并且可以被磁性回收的吸附材料。此外,本實(shí)驗(yàn)同樣研究了吸附材料吸附過程的動(dòng)力學(xué)行為,建立了吸附動(dòng)力學(xué)模型。第三部分:鐵鋅磁性體活性炭吸附材料的制備及其吸附性能在第一部分的基礎(chǔ)上,將鋅離子引入到鐵磁性體活性炭吸附材料的晶格中,合成出鐵鋅磁性體活性炭吸附材料�？疾炝撕铣煞磻�(yīng)溫度、各組分的含量對(duì)復(fù)合材料磁性能特別是飽和磁化強(qiáng)度及吸附性能的影響。并以復(fù)合材料對(duì)人工模擬廢水中的亞甲基藍(lán)溶液的吸附為模型,考察了吸附溫度、溶液的pH值、吸附劑的用量及改性劑的種類等因素對(duì)復(fù)合材料吸附性能的影響。結(jié)果表明,鋅離子雖然是一種非磁性離子,但是鋅離子的引入可以進(jìn)一步改變鐵磁性吸附材料晶格中陽離子的分布,所制備的復(fù)合材料的飽和磁化強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于磁性材料前體的磁化強(qiáng)度,略低于鐵磁性體活性炭吸附材料,同樣有著很好的磁性可分離性,但其比表面積高于鐵磁性體活性炭吸附材料的比表面積,同樣也高于鐵鈷磁性體活性炭吸附材料的比表面積,制備的復(fù)合材料的比表面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于活性炭吸附材料的比表面積,使其有了更好的吸附性能。此外,本實(shí)驗(yàn)同樣研究了吸附材料吸附過程的動(dòng)力學(xué)行為,并建立了吸附動(dòng)力學(xué)模型。第四部分:鐵鈷鋅磁性體活性炭吸附材料的制備及其吸附性能在第二部分的基礎(chǔ)上,將鋅離子引入到鐵鈷磁性體活性炭吸附材料的晶格中,合成出鐵鈷鋅磁性體活性炭吸附材料�？疾炝撕铣煞磻�(yīng)溫度、各組分的含量對(duì)復(fù)合材料磁性能特別是飽和磁化強(qiáng)度及吸附性能的影響。并通過吸附材料對(duì)人工模擬廢水中的亞甲基藍(lán)溶液的吸附為模型,考察了溶劑溫度、溶液的pH值、吸附劑的用量及改性劑的種類等因素對(duì)復(fù)合材料吸附活性的影響。結(jié)果表明,鋅離子雖然是一種非磁性離子,但是鋅離子的引入可以進(jìn)一步改變鐵鈷磁性吸附材料晶格中陽離子的分布,所制備的復(fù)合材料的飽和磁化強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于磁性材料前體的磁化強(qiáng)度,略低于鐵鈷磁性吸附材料的磁化強(qiáng)度,同樣有著很好的磁性可分離性,但其比表面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鐵磁性體吸附材料和鐵鈷磁性體吸附材料,同樣也高于鐵鋅磁性體活性炭吸附材料,有著很好的吸附性能。此外,本實(shí)驗(yàn)同樣研究了吸附材料吸附過程的動(dòng)力學(xué)行為,并建立了吸附動(dòng)力學(xué)模型。
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X791
【圖文】：

示意圖,示意圖,最大吸附量,染料污染

類是具有微孔結(jié)構(gòu)的一類重要的吸附材料，既可從自然界中獲得，也可用作選擇性吸附劑，還擁有離子交換性能[37]。截止目前已經(jīng)有許多學(xué)在廢水污染物處理中的應(yīng)用。Fardmousavi 等[38]學(xué)者利用巰基功能化g2+，其最大吸附量為 8.2 mol/g。Alpat 等[39]報(bào)道了沸石吸附對(duì)甲苯胺料，最大吸附量為 2.1 ×10 4mol/g。年來，粘土在廢水處理中的應(yīng)用得到了很多學(xué)者的關(guān)注。其成分主種水合硅酸鹽，其次還有部分金屬的氧化物等組成。粘土的表面上的離子，這些離子可以和染料污染物進(jìn)行交換，從而可以達(dá)到凈化污[40]人對(duì)坡縷石粘土吸附重金屬離子的性能進(jìn)行了研究。Chen 等[41]人粘土吸附 Pb2+的最大吸附量約為 100 mg/g。炭

論文,思路,染料污染,炭基質(zhì)

Fig 1.2 Research ideas of papers圖 1.2 論文的研究思路Figure 1.3 The research content involved in the project圖 1.3 論文涉及的研究?jī)?nèi)容備可磁性吸附回收多次利用的吸附劑。具體將簡(jiǎn)單氮源、吸附材，采用管式爐高溫加熱法共同改性炭基質(zhì)，制得一系列易分離并能吸附材料，達(dá)到有效吸附去除水中染料污染物的目的。

論文,思路,內(nèi)容