海藻酸钠基复合吸附剂的制备及其在抗生素废水处理中的性能评价

发布时间：2020-06-28 03:16

【摘要】：随着国家经济发展的日益壮大,环境保护成为可持续发展的一个重要建设项目。其中,水资源保护的问题尤为突出,而在引起水污染的诸多因素中,生活污水和工业、医药废水的肆意排放成为主要污染源之一,尤其是大量高浓度的含抗生素及消炎类废水的污染。当这些抗生素及消炎类有机物在环境和废水中达到一定浓度时,便严重威胁生态及人类生存的环境。近几年,处理这些抗生素污水成为众多学者关注的焦点及研究领域之一。针对上述问题,本文选取海藻酸钠作为基体,结合锰离子和锰金属化合物的性质,采用不同合成方法获得海藻酸基复合材料生物吸附剂,对这些吸附剂进行表征,并将其应用于处理含抗生素废水的性能评价中。(1)研究了以海藻酸钠为基体,通过加入Mn~(2+)制备了Mn@海藻酸微球复合吸附剂。并以盐酸四环素废水为处理对象,探讨了初始浓度、pH、吸附时间对吸附去除性能的影响。结果表明,强酸不利于吸附,吸附量随着盐酸四环素初始浓度的增大而增加。通过对准一级、准二级吸附动力学模拟,表明吸附剂的吸附过程更符合准二级动力学方程。吸附过程可用Langmuir型等温模型拟合,0㩳R_L㩳1说明该吸附过程易于进行。热力学模拟表明吸附剂吸附盐酸四环素的过程是自发进行的,主要为物理吸附。通过H_2O_2构建的类Fenton氧化体系的原位再生实验,表明Mn~(2+)/H_2O_2体系能氧化废水中的盐酸四环素,显著提降解效率,使表面富集有盐酸四环素的Mn@海藻酸微球吸附剂可实现有效再生,重复使用。(2)通过海藻酸凝胶微球浸渍改性纳米MnO_2制备高吸附性能的复合材料是一个简单并环境友好的方法。H_2O_2分解产生丰富的强氧化基团和海藻酸钠的独特的物理/化学性能保证并强化了吸附剂MnO_2@海藻酸/Mn复合材料对诺氟沙星的吸附性和pH敏感性。SEM照片显示,该吸附剂具有粗糙的凹凸不平的表面。FT-IR红外光谱分析表明复合材料具有丰富的羧基和羟基。同时对参数如不同污染物初始浓度、pH值、不同温度等进行了吸附性能的研究。此外,动力学数据和热力学数据表明,MnO_2@海藻酸/Mn凝胶微球吸附诺氟沙星符合二级动力学模型和朗格缪尔等温方程,且吸附过程主要为物理吸附。更重要的是,原位再生实验证明了吸附剂优良的稳定性、可重用性和可再生能力。(3)通过热裂解法制得的MnO_2@海藻酸基炭微球吸附剂对双氯芬酸钠(DCF)分子有有效的吸附性能,结果显示酸性条件下有利于吸附剂对DCF分子的吸附,其平衡吸附量随着DCF初始浓度的增加而增大,但是DCF分子平衡吸附量随着吸附剂投加量的增加而减小。实验吸附过程符合Langmuir模型和准二级动力学模型,说明吸附行为为单分子层吸附,且吸附过程为自发进行的吸热过程。通过Mn/H_2O_2构建的类Fenton体系中,通过调节溶液中H_2O_2浓度来降解DCF有机物,有效提高MnO_2@海藻酸炭微球的原位再生和循环利用率。(4)研究了MnO_2@海藻酸基炭微球吸附剂在固定床中吸附强力霉素(DC)的特性,考察了溶液pH(3.0~11.0)、床层高度(1~3cm)、进水浓度(20~30mg·L~(-1))和进水流速(1~3mL·min~(-1))等因素对固定床吸附特性的影响。结果显示当进水pH6.0,固定床床层高度为1cm,强力霉素浓度为20mg·L~(-1)和进水流速为1mL·min~(-1)时,MnO_2@海藻酸基炭微球的最大吸附量为9.71mg·g~(-1)。Thomas和Yoon-Nelson模型均能较好的描述不同条件下吸附剂吸附DC的动态吸附行为,相关系数均大于0.980。同时,MnO_2@海藻酸基炭微球吸附剂具有很好的再生性能。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703
【图文】：

盐酸四环素,结构式

图 2.1 盐酸四环素结构式Fig. 2.1 Structure of tetracycline hydrochloride 6 时，在 250 mL 锥形瓶中加入一定量的 Mn@吸取 10 mL 样品进行离心分离，取上清液于波Qe，mg·g-1）及去除率（η，%）可有下列等式0( )eeC C VQm 00( )100%eC CC 平衡吸附量（mg·g-1）；η 为相对应的去除率；平衡时的平衡浓度（mg·L-1）；V 为溶液体积（的方法探究不同条件下 Mn@海藻酸对盐酸四环

微球,海藻酸钠,海藻酸

图 2.3 是不同放大倍数下海藻酸钠微球和 Mn@海藻酸微球的 FE-SEM 照片。图 2.3a是海藻酸钠微球的形貌，该微球为实验制备的空白平行样。从图中可以看出其具有明显的球形度，分散性好，且破损较少，说明海藻酸钠微球具有较好的机械强度。海藻酸钠微球的尺寸分布均匀，直径范围为（40 ±0.5）~（60 ±0.5） μm。图 2.3b 是一个放大了的海藻酸钠微球，可以清楚的看到样品保持了海藻酸钠的球形形态，表明粗糙。图 2.3d是 Mn@海藻酸微球的 FE-SEM 照片，可以看出海藻酸钠微球大小较均匀（直径范围为（23 ±0.5）~（35 ±0.5） μm）。较海藻酸钠微球直径减小了约 42%，这是由于锰离子与海藻酸钠发生螯合作用，海藻酸钠大分子中间的亲水空间被多价金属离子占据，使得海藻酸链间结合得更紧密，协同作用更强。图 2.3e 是一个典型的 Mn@海藻酸微球，样品保持了海藻酸钠球形形貌，表面光滑。采用 EDS 对图 2.3c 海藻酸钠微球和图 2.3f Mn@海藻酸微球的元素成分进行分析，结果表明在 Mn@海藻酸微球的 EDS 能谱中出现了锰的衍射峰，说明锰离子已经成功的负载到海藻酸钠微球上。

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