功能化柿单宁生物质吸附剂在污水处理中的应用研究

发布时间：2020-06-04 15:06

【摘要】：现代社会水体污染日趋严重,对环境及人体健康造成了极大危害。本文以柿单宁(PT)为原材料,经功能化改性,得到三种不同的柿单宁生物质吸附剂,研究了其对污水中的贵金属离子、重金属离子、有机染料的吸附性能。通过傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、热重分析(TGA)、比表面测试(BET)、扫描电子显微镜(SEM)、Zeta电位、光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)等手段对其进行表征,探究其结构、形貌等微观信息;通过单因素实验考察最佳吸附条件;通过等温吸附,吸附动力学和吸附热力学研究,深层次的探索吸附机理;根据竞争吸附及可重复利用实验,探究三种功能化柿单宁生物质吸附剂的吸附特性及使用稳定性。主要研究内容如下:1.通过氧化石墨烯(GO)功能化PT,成功制备出PT-GO柿单宁生物质吸附。研究了其在水溶液中对贵金属离子Au~(3+)、Pd~(2+)、Ag~+的吸附性能;利用SEM、TGA、FTIR和Zeta电位测试对PT-GO进行表征。吸附实验结果显示:Au~(3+)、Pd~(2+)、Ag~+的最大吸附容量分别达到1325.09 mg/g、797.66 mg/g、421.01 mg/g。PT-GO对Au~(3+)、Ag~+的等温吸附过程适合用Langmuir模型描述,而Freundlich模型对Pd~(2+)拟合效果更佳。Au~(3+)、Pd~(2+)的吸附动力学可用pseudo-second-order动力学模型描述,而pseudo-first-order动力学模型更适合描述PT-GO对Ag~+的吸附过程。PT-GO对Au~(3+)、Pd~(2+)、Ag~+的吸附机理可以通过离子交换、静电相互和物理吸附等解释。因此PT-GO是去除贵金属离子的理想生物质吸附剂,拓展了柿单宁生物质吸附剂在污水处理领域的潜在应用。2.通过壳聚糖(CS)功能化柿单宁(PT),成功制备出PT-CS柿单宁生物质吸附剂。研究了其对水溶液中Pb(II)离子的吸附性能,并利用FT-IR、XRD、SEM、BET、XPS和Zeta电位等方法对PT-CS吸附Pb(II)离子的吸附机制进行探索。结果显示:PT-CS对Pb(II)离子的吸附机制有氧化反应,螯合反应及静电相互作用;经Langmuir、Freundlich和Temkin等温吸附模型拟合发现,Langmuir模型对PT-CS吸Pb(II)过程的拟合效果最佳,PT-CS对Pb(II)离子的最大吸附容量达179.3 mg/g。PT-CS吸Pb(II)的吸附动力学过程可用pseudo-second-order动力学模型描述。经热力学计算发现,PT-CS对Pb(II)的吸附过程为自发吸热过程(ΔG~00、ΔH~00和ΔS~00)。由以上结论可知,PT-CS是一种处理废水中Pb(II)离子污染的有效、低成本生物质吸附剂。3.通过聚乙烯亚胺(PEI)功能化PT,成功制备出PT-PEI柿单宁生物质吸附剂。研究了其对水溶液中阴离子染料-甲基橙(MO)的吸附特性。通过FT-IR、SEM、Zeta电位和TGA测试方法对PT-PEI进行了表征;系统地进行了一系列吸附实验,对吸附过程进行条件优化;动力学模型拟合发现,PT-PEI吸附MO过程遵循pseudo-second-order动力学模型,表明内部扩散是PT-PEI吸附MO的速率决定步骤。PT-PEI对MO的等温吸附过程适合用Freundlich模型描述,且最大吸附量达225.74mg/g。PT-PEI吸附MO过程是可行、自发及吸热的;MO在PT-PEI上的吸附机理受静电相互作用、氢键作用、π-π相互作用主导。因此,PT-PEI是一种从水溶液中有效去除阴离子染料-甲基橙的高性能生物质吸附剂。
【图文】：

水解单宁,缩合单宁,间苯三酚,基本单位

图 1-1 水解单宁（a）、缩合单宁(b)和间苯三酚(c)基本单位柿子中潜藏着丰富的单宁，尤其在涩柿子的柿皮中居多，从其提取出来的缩合单其为柿单宁（PT），是被柿子行业丢弃的一种价格低廉且丰富的宝贵天然生物质之一[30]，其分子结构如图 1-2 所示。由于柿单宁中存在的丰富酚羟基可以与金

图 1-2 柿单宁结构§1.4 选题意义及研究内容现国内重金属、贵金属、有机染料等造成的水污染问题日体的健康造成极大的危害，所以不得不引起人们的高度办法与治理材料，意义尤其重大。本论文的研究背景是基资源相对比较丰富，但由于此地区经济发展限制，所以其粗狂，由于尾矿的任意堆放，开采时含各种金属的污水任成了极大危害；同时由于其手工业的相对发展，，其间没有控，所以同时也使许多有机质污染物对其水环境造成极大者不得不对此高度重视，尽快找到合适的方法与材料对其。恰巧，广西是种柿大省，尤其是恭城，其盛产涩柿。每
【学位授予单位】：桂林电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O647.33;X703

【参考文献】