磁性吸附材料的制备及其在印染废水处理中的应用

发布时间：2020-08-10 06:06

【摘要】：染料在纺织、造纸、食品、印刷、皮革和塑料等行业中被广泛用作着色剂。然而,许多染料是有毒、致癌和致突变的。随着印染行业的快速发展,水体污染问题非常突出,已经严重危害到了水体的生态环境,时刻威胁着人类的身体健康。因此,印染废水在排放前必须进行处理。其中,由于吸附法具备能耗低、高吸附容量和环境友好等优点,被认为是一种去除溶解性印染废水染料的有效方法。在过去的几十年里,作为吸附剂活性炭因其成本低、吸附效率高等特点已经被广泛地应用于废水处理中。然而,如何将吸附剂从印染废水中有效和快速的分离是一个亟待解决的问题。磁分离方法可以解决这个问题。在外部磁场的作用下,磁性吸附剂可以很容易从废水中分离出来。虽然许多学者在磁性吸附剂的制备和合成方面做了大量的工作,但由于其较高的原材料成本,或复杂的操作过程和重复利用率低等原因,使其在实际应用和商业化生产中仍然受到了极大的限制。因此,开发出合成工艺流程简单、能够大批量生产并同时具有价格低廉易回收并再生后能多次重复利用,并有效去除废水中重金属和染料有机物的新材料和新技术是非常有意义的。本论文是将碳材料与磁性材料的优势相结合,使其既具有碳材料的吸附性能,又具备磁性材料易沉降易回收的功能,以期对印染废水中的染料污染物进行去除。具体方法是将价格低廉的氮源、吸附材料前体和磁性体前体,采用管式炉高温处理法共同改性活性炭,制得一系列易沉降分离并能多次重复利用的新型吸附材料,并将其用于去除印染废水中的酸性蓝80(AB80)和亚甲蓝(MB)来测试样品的吸附性能。实验结果表明,在适宜条件和氮气氛围下制备的磁性吸附剂均显示了良好的磁性能和吸附效果。论文由以下四部分组成:第一部分:铁磁性体活性炭吸附材料的制备及其吸附性能本章分别以三聚氰胺(MEL)和尿素(CN)为氮源、三氯化铁为磁性材料前体、活性炭(AC)为吸附材料前体,利用一步高温处理法合成了铁磁性体活性炭吸附材料。考察了热处理温度、各组分的含量对复合材料磁性能,特别是饱和磁化强度及吸附性能的影响。以样品对印染废水中亚甲基蓝(MB)和酸性蓝80(AB80)溶液的吸附为模型,考察了吸附温度、pH值、吸附剂的用量及改性剂的种类等因素对复合材料吸附性能的影响。结果表明,复合材料的饱和磁化强度远远高于磁性材料前体的磁化强度,有着很好的磁性可分离性,且保持了碳材料组分优异的吸附性能。同时还研究了吸附材料吸附过程的动力学行为,建立了吸附动力学模型。第二部分:铁钴磁性体活性炭吸附材料的制备及其吸附性能本章在上一章工作的基础上,通过向反应体系中加入氯化钴的方法,利用一步高温处理法得到了铁钴磁性体吸附材料。考察了热处理温度、各组分的含量对复合材料磁性能特别是饱和磁化强度及吸附性能的影响。并以制备的吸附材料对人工模拟废水中的亚甲基蓝溶液的吸附为模型,考察了吸附温度、溶液的pH值、吸附剂的用量及改性剂的种类等因素对复合材料吸附性能的影响。结果表明,通过向铁磁性体活性炭吸附材料中引入钴离子,制备得到的吸附剂的饱和磁化强度远远高于磁性材料前体的磁化强度,能够基本保持铁磁性吸附材料的饱和磁化强度变化不大的前提下,同样有着很好的磁性可分离性,但其比表面积远远高于铁磁性体吸附材料的比表面积,这使得合成的吸附剂具有了更好的吸附性能。因此,通过这种方法制备的复合材料是一种具有优异吸附性能并且可以被磁性回收的吸附材料。此外,本实验同样研究了吸附材料吸附过程的动力学行为,建立了吸附动力学模型。第三部分:铁锌磁性体活性炭吸附材料的制备及其吸附性能在第一部分的基础上,将锌离子引入到铁磁性体活性炭吸附材料的晶格中,合成出铁锌磁性体活性炭吸附材料。考察了合成反应温度、各组分的含量对复合材料磁性能特别是饱和磁化强度及吸附性能的影响。并以复合材料对人工模拟废水中的亚甲基蓝溶液的吸附为模型,考察了吸附温度、溶液的pH值、吸附剂的用量及改性剂的种类等因素对复合材料吸附性能的影响。结果表明,锌离子虽然是一种非磁性离子,但是锌离子的引入可以进一步改变铁磁性吸附材料晶格中阳离子的分布,所制备的复合材料的饱和磁化强度远远高于磁性材料前体的磁化强度,略低于铁磁性体活性炭吸附材料,同样有着很好的磁性可分离性,但其比表面积高于铁磁性体活性炭吸附材料的比表面积,同样也高于铁钴磁性体活性炭吸附材料的比表面积,制备的复合材料的比表面积远远高于活性炭吸附材料的比表面积,使其有了更好的吸附性能。此外,本实验同样研究了吸附材料吸附过程的动力学行为,并建立了吸附动力学模型。第四部分:铁钴锌磁性体活性炭吸附材料的制备及其吸附性能在第二部分的基础上,将锌离子引入到铁钴磁性体活性炭吸附材料的晶格中,合成出铁钴锌磁性体活性炭吸附材料。考察了合成反应温度、各组分的含量对复合材料磁性能特别是饱和磁化强度及吸附性能的影响。并通过吸附材料对人工模拟废水中的亚甲基蓝溶液的吸附为模型,考察了溶剂温度、溶液的pH值、吸附剂的用量及改性剂的种类等因素对复合材料吸附活性的影响。结果表明,锌离子虽然是一种非磁性离子,但是锌离子的引入可以进一步改变铁钴磁性吸附材料晶格中阳离子的分布,所制备的复合材料的饱和磁化强度远远高于磁性材料前体的磁化强度,略低于铁钴磁性吸附材料的磁化强度,同样有着很好的磁性可分离性,但其比表面积远远高于铁磁性体吸附材料和铁钴磁性体吸附材料,同样也高于铁锌磁性体活性炭吸附材料,有着很好的吸附性能。此外,本实验同样研究了吸附材料吸附过程的动力学行为,并建立了吸附动力学模型。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X791
【图文】：

示意图,示意图,最大吸附量,染料污染

类是具有微孔结构的一类重要的吸附材料，既可从自然界中获得，也可用作选择性吸附剂，还拥有离子交换性能[37]。截止目前已经有许多学在废水污染物处理中的应用。Fardmousavi 等[38]学者利用巯基功能化g2+，其最大吸附量为 8.2 mol/g。Alpat 等[39]报道了沸石吸附对甲苯胺料，最大吸附量为 2.1 ×10 4mol/g。年来，粘土在废水处理中的应用得到了很多学者的关注。其成分主种水合硅酸盐，其次还有部分金属的氧化物等组成。粘土的表面上的离子，这些离子可以和染料污染物进行交换，从而可以达到净化污[40]人对坡缕石粘土吸附重金属离子的性能进行了研究。Chen 等[41]人粘土吸附 Pb2+的最大吸附量约为 100 mg/g。炭

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Fig 1.2 Research ideas of papers图 1.2 论文的研究思路Figure 1.3 The research content involved in the project图 1.3 论文涉及的研究内容备可磁性吸附回收多次利用的吸附剂。具体将简单氮源、吸附材，采用管式炉高温加热法共同改性炭基质，制得一系列易分离并能吸附材料，达到有效吸附去除水中染料污染物的目的。

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