本文關(guān)鍵詞：以纖維為造孔劑的粉煤灰基吸附材料制備及其對(duì)染料的吸附性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《中國(guó)海洋大學(xué)》 2015年

以纖維為造孔劑的粉煤灰基吸附材料制備及其對(duì)染料的吸附性能研究

李丹丹  

【摘要】：印染廢水具有色度高、溶解性高、可生化性差等特點(diǎn),大量印染廢水排入水體,不僅給環(huán)境造成了巨大損害,還對(duì)人類健康構(gòu)成了極大威脅。吸附技術(shù)因其操作簡(jiǎn)單、成本低、周期短等優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注�；钚蕴烤哂斜缺砻娣e大、孔隙發(fā)達(dá)等特點(diǎn),是國(guó)內(nèi)外最常用的吸附劑,但其孔徑較小,一般小于2nm,不利于染料分子的吸附。粉煤灰是火力發(fā)電廠的固體廢棄物和副產(chǎn)品,主要成分是Si02和A1203,本身具有大量微孔和很高的比表面積,可以用作吸附劑。造紙污泥是處理制漿造紙廢水的副產(chǎn)物,有機(jī)物含量豐富,含有大量細(xì)小纖維,以造紙污泥制備得到造紙纖維,加熱過(guò)程中其中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素?zé)峤猱a(chǎn)生大量氣體,可作為造孔劑。本實(shí)驗(yàn)以粉煤灰為骨料、膨潤(rùn)土為粘結(jié)劑、造紙纖維為造孔劑,使用顆粒機(jī)擠壓成型后干燥,并用氣氛燒結(jié)爐燒結(jié)制備得到具有一定機(jī)械強(qiáng)度、低成本、高吸附性能的粉煤灰基造紙纖維造孔劑吸附材料(Granular adsorbent based on fly ash with fiber as pore-forming agent, GAFF),并將其應(yīng)用于亞甲基藍(lán)和龍膽紫染料廢水的處理。本試驗(yàn)內(nèi)容主要包括GAFF的制備,GAFF對(duì)亞甲基藍(lán)和龍膽紫的吸附研究和GAFF與活性炭性能對(duì)比及其表征。GAFF制備流程為：(1)分散造紙污泥制備造紙纖維;(2)纖維懸浮液離心；(3)濕式混合原材料；(4)快速烘干材料至原重；(5)粉碎材料,干式混合原材料；(6)機(jī)械擠壓成型；(7)低溫脫水干燥；(8)燒結(jié)。首先,采用超聲波法處理造紙污泥制備纖維,使用倒置熒光顯微鏡觀察漿液濃度、超聲功率和超聲時(shí)間對(duì)纖維分散程度的影響,最終確定當(dāng)漿液濃度為0.2g/100mL,超聲功率為400W,超聲時(shí)間為15min時(shí)制備的纖維分散程度最好。其次,材料成型后的干燥階段也至關(guān)重要,為了防止材料干燥階段出現(xiàn)裂痕,影響GAFF的吸附性能,本試驗(yàn)以亞甲基藍(lán)和龍膽紫染料吸附量和材料散失率為指標(biāo),比較五種不同的干燥制度,并最終確定最佳干燥制度為室溫下烘干24h后,依次置于70℃、105℃的烘箱中12h。然后,通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)研究了燒結(jié)溫度、粉煤灰：膨潤(rùn)土比例、造紙廢渣添加比和升溫速率對(duì)GAFF吸附性能的影響,并為正交試驗(yàn)各因素確定合適的水平值。最后,設(shè)計(jì)四因素三水平正交試驗(yàn),以龍膽紫吸附量和散失率為指標(biāo),確定GAFF最佳的制備條件為：燒結(jié)溫度為630℃,粉煤灰：膨潤(rùn)土比例為2：1,造紙廢渣添加比為3%,升溫速率為0.2℃/min。亞甲基藍(lán)和龍膽紫染料是常見(jiàn)的堿性陽(yáng)離子染料,具有分子量相似但分子結(jié)構(gòu)不同的特點(diǎn),可用于比較吸附質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)吸附量的影響。此外,該兩種染料應(yīng)用廣泛,對(duì)環(huán)境和人體健康造成危害。本研究使用自制吸附材料GAFF處理以上兩種染料,并研究了溶液初始pH、染料濃度和反應(yīng)溫度對(duì)吸附過(guò)程的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)pH值小于5時(shí),pH值對(duì)GAFF吸附量有很大影響；當(dāng)pH值大于5時(shí),pH值對(duì)GAFF吸附量影響較�。簧叻磻�(yīng)溫度及增大染料初始濃度,吸附量也隨之增大。并且當(dāng)溶液pH值為7,反應(yīng)溫度為50℃時(shí),GAFF對(duì)亞甲基藍(lán)和龍膽紫的最大吸附量分別是216.57mg/g、682.59mg/g。本試驗(yàn)采用Langmuir、 Freundlich和Tempkin吸附等溫線擬合吸附數(shù)據(jù),通過(guò)比較R2值可以得出Langmuir等溫線更適合擬合GAFF對(duì)兩種染料的吸附。使用擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)、擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)和顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型擬合數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)該吸附過(guò)程更符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。吸附熱力學(xué)研究表明,GAFF對(duì)亞甲基藍(lán)和龍膽紫染料的吸附能夠自發(fā)進(jìn)行,物理吸附起主導(dǎo)作用。將GAFF與活性炭GAC1、GAC2進(jìn)行SEM/EDX表征、比表面積及孔徑分布測(cè)試和吸附亞甲基藍(lán)和龍膽紫研究。SEM/EDX結(jié)果表明GAFF表面存在大量不規(guī)則的孔,而GAC1和GAC2表面皆是小孔。GAFF與活性炭GAC1、GAC2的比表面積分別是19.54m2/g、1166.95m2/g、755.22m2/g,平均孔徑分別是90.10nm、2.27nm、0.47nm。GAFF與活性炭GAC1、GAC2對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量分別是200.20mg/g、362.78mg/g、256.01mg/g,對(duì)龍膽紫的吸附量分別是474.27mg/g、312.99mg/g、230.61mg/g。以上結(jié)果表明,比表面積不是衡量吸附量的唯一因素,吸附劑的孔徑分布和吸附質(zhì)結(jié)構(gòu)也是不可忽視的重要因素。此外,XRD測(cè)試結(jié)果表明,GAFF煅燒前、煅燒后和吸附后物相組成沒(méi)有發(fā)生改變。FTIR結(jié)果表明,GAFF對(duì)亞甲基藍(lán)和龍膽紫的吸附以物理吸附為主。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：X791
【目錄】：

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本文編號(hào)：220256