剩余污泥基吸附剂吸附特性的研究

发布时间：2017-07-01 17:21

  本文关键词：剩余污泥基吸附剂吸附特性的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近几十年来,环境中重金属污染的负荷与日俱增,我国的水体中重金属污染问题十分严重。吸附法是除去水体中重金属离子污染的一种重要方法,但由于传统吸附剂的价格、吸附能力以及后处理问题,传统的吸附法受到比较大的限制。剩余污泥是使用活性污泥法来处理城市污水时产生的废物,它造成的环境污染已经成为亟待解决的问题。剩余污泥是含有大量有机质,细菌,离子性化合物与胶体物质的固液混合物,它具有良好的重金属离子吸附能力。因此,利用剩余污泥此特征,将其制成具有良好重金属离子吸附能力,成本低廉的吸附剂对于剩余污泥的资源化具有重要意义。但剩余污泥自身在水中容易分散,直接作为吸附剂不便于实际应用。因此我们首先通过交联-改性的方法,将剩余污泥的机械强度提高,制成重金属离子吸附剂,并用来吸附污水中的重金属离子,以达到将剩余污泥资源化的目的。我们利用注射成型法,将剩余污泥制成规则的条形,然后使用环氧氯丙烷对剩余污泥条进行交联,获得了不仅对Cu2+具有吸附能力,而且拥有较好机械强度的重金属离子吸附剂ECS (epichlorohydrin cross-linking sewage sludge)。除此之外,我们还探索了影响ECS机械强度与对Cu2+吸附性能的各因素,其中包括环氧氯丙烷的使用量、催化剂NaOH的使用量以及交联过程的温度,实验结果证明,使用环氧氯丙烷对剩余污泥进行交联,能够大大提升剩余污泥的机械强度。为了提高ECS对Cu2+的吸附能力,我们使用氯乙酸对ECS进行羧甲基化,获得剩余污泥基重金属离子吸附剂CCS (carboxymethyl cross-linked sewage sludge), CCS是具有较好机械强度与高吸附能力的重金属离子吸附剂,它对Cu2+的最大吸附容量能够达到65mg/g。ECS 与 CCS 对 Cu2+的吸附反应动力学曲线很好的契合了pseudo-second order模型,说明ECS 与 CCS 对 Cu2+的吸附机制是离子交换。污泥吸附剂ECS与CCS除了能够吸附污水中的重金属离子之外,还能够吸附污水中的有机染料。为了更为全面的了解剩余污泥基吸附剂的吸附行为,我们研究了ECSi和CCS对有机染料物模型分子——次甲基蓝(MB)的吸附情况,研究发现,ECS与CCS不仅对次甲基蓝具有良好的吸附能力,并且其吸附时并不占用ECS与CCS上的Cu+吸附位点,这说明,ECS与CCS能够在高效吸附污水里的重金属离子的同时,吸附污水中的有机染料。实验证明ECS与CCS对MB的吸附过程分为两个阶段：第一个阶段为快速吸附期,位于0-24h之间,这是ECS与CCS表面的MB吸附位点在发挥作用；第二个阶段为缓慢吸附期,在吸附反应进行到24h以后,在此阶段,是ECS与CCS内部的MB吸附位点在发挥作用,而MB向ECS与CCS内部扩散的过程较为缓慢,所以使24h以后的吸附过程变的缓慢。为了解决CCS对Cu+吸附平衡时间过长的问题,改善其重金属离子动力学吸附特性,我们利用废弃的海带与剩余污泥混合,制得了新的混合型污泥吸附剂SKA-c (sewage sludge and kelp mixed type adsorbent),将S KA-c交联以后,我们获得了污泥吸附剂SKA-c-Gi与SKA-c-Ei,这两种重金属离子吸附剂不仅对重金属离子具有较高的吸附能力,并且具有较好的机械强度。相较于CCS, SKA-c-Gi与SKA-c-Ei具有更短的吸附反应平衡时间,制备工艺简单,成本更加低廉的特点。因此,我们自制的剩余污泥吸附齐(?)CCS、SKA-c-Gi与SKA-c-Ei均具有以下优点：较好机械强度,在水中不易松散；对重金属离子的高吸附能力；成本低廉,能够实现剩余污泥与废弃海带的资源化；操作工艺简单,方便工业应用。它们的制备均为剩余污泥的资源化提供了新的思路与方法。
【关键词】：剩余污泥 ECS CCS 重金属离子 离子交换 有机染料 SKA-c-Gi SKA-c-Ei
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要7-9
• ABSTRACT9-11
• 缩略词表11-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 重金属污染及处理概述12-17
• 1.1.1 化学法13-14
• 1.1.1.1 化学还原法13-14
• 1.1.1.2 沉淀法14
• 1.1.1.3 电化学还原法14
• 1.1.2 物理化学法14-17
• 1.1.2.1 离子交换法14-15
• 1.1.2.2 溶剂萃取法15
• 1.1.2.3 膜分离技术15
• 1.1.2.4 吸附法15-17
• 1.2 剩余污泥处理与研究概述17-22
• 1.2.1 剩余污泥17
• 1.2.2 剩余污泥的危害与处理方法17-19
• 1.2.3 剩余污泥的资源化利用技术研究进展19-22
• 1.3 本文研究内容与意义22-24
• 第2章 交联剩余污泥吸附剂Cu~(2+)吸附性能的研究24-36
• 2.1 材料与方法24-27
• 2.1.1 材料24
• 2.1.2 试剂与仪器24-25
• 2.1.3 方法25-27
• 2.1.3.1 剩余污泥的成型-剩余污泥条25-26
• 2.1.3.2 环氧氯丙烷交联剩余污泥吸附剂的制备26
• 2.1.3.3 ECS机械强度的测定方法26-27
• 2.1.3.4 ECS对Cu~(2+)吸附性测量27
• 2.2 结果与讨论27-34
• 2.2.1 环氧氯丙烷用量对ECS机械强度与Cu~(2+)吸附性能的影响27-28
• 2.2.2 交联温度对ECS机械强度与吸附性能的影响28-29
• 2.2.3 NaOH用量对ECS机械强度与吸附性能的影响29-30
• 2.2.4 ECSi吸附Cu~(2+)动力学30-32
• 2.2.5 ECSi对Cu~(2+)吸附等温线32-34
• 2.3 本章小结34-36
• 第3章 羧基化剩余污泥吸附剂Cu~(2+)吸附性能的研究36-44
• 3.1 材料与方法36-37
• 3.1.1 材料36
• 3.1.2 试剂与仪器36
• 3.1.3 方法36-37
• 3.1.3.1 CCS的制备36-37
• 3.1.3.2 CCS机械强度的测定37
• 3.1.3.3 CCS对Cu~(2+)吸附性的测定37
• 3.1.3.4 pH值对CCS吸附Cu~(2+)的影响37
• 3.1.4 红外光谱法分析CCS基团的变化37
• 3.2 结果与讨论37-42
• 3.2.1 CCS的获得与形态观察37-38
• 3.2.2 CCS的Cu~(2+)吸附动力学38-40
• 3.2.3 CCS对Cu~(2+)的等温吸附曲线40-41
• 3.2.4 pH值对CCS吸附Cu~(2+)的影响41
• 3.2.5 红外光谱图分析41-42
• 3.3 本章小结42-44
• 第4章 ECSi与CCS对有机染料吸附性能的研究44-50
• 4.1 材料与方法44-45
• 4.1.1 材料44
• 4.1.2 试剂与仪器44-45
• 4.1.3 方法45
• 4.1.3.1 ECSi与CCS对MB的吸附动力学45
• 4.1.3.2 ECSi与CCS对MB的等温吸附曲线45
• 4.2 结果与讨论45-48
• 4.2.1 ECSi与CCS对MB的吸附动力学45-47
• 4.2.3 ECSi与CCS对MB的等温吸附曲线47-48
• 4.3 本章小结48-50
• 第5章 混合型剩余污泥吸附剂Cu~(2+)吸附性能的研究50-60
• 5.1 材料与方法50-52
• 5.1.1 材料50-51
• 5.1.2 仪器51
• 5.1.3 方法51-52
• 5.1.3.1 SKA的制备51-52
• 5.1.3.2 SKA机械强度的测定52
• 5.1.3.3 SKA对Cu~(2+)吸附能力的测定52
• 5.2 结果与讨论52-58
• 5.2.1 海带颗粒大小对SKA机械强度的影响52-53
• 5.2.2 明胶浓度对SKA制备过程的影响53
• 5.2.3 明胶用量对SKA机械强度的影响53-54
• 5.2.4 S：K对SKA机械强度和Cu~(2+)吸附能力的影响54-55
• 5.2.5 SKA-c吸附Cu~(2+)动力学55-56
• 5.2.6 SKA-c对Cu~(2+)的等温吸附曲线56-58
• 5.3 本章小结58-60
• 第6章 交联混合型污泥吸附剂Cu~(2+)吸附性能的研究60-68
• 6.1 材料与方法60-61
• 6.1.1 材料60
• 6.1.2 试剂与仪器60
• 6.1.3 方法60-61
• 6.1.3.1 污泥吸附剂机械强度的测定60
• 6.1.3.2 污泥吸附剂对Cu~(2+)吸附量的测定60
• 6.1.3.3 SKA-c的交联——戊二醛法60-61
• 6.1.3.4 SKA-c的交联——环氧氯丙烷法61
• 6.2 结果与讨论61-66
• 6.2.1 戊二醛(25%)用量对吸附剂SKA-c-G机械强度的影响61
• 6.2.2 环氧氯丙烷用量对吸附剂SKA-c-E机械强度的影响61-62
• 6.2.3 混合污泥吸附剂机械强度的比较与对Cu~(2+)的吸附性测定62-63
• 6.2.4 混合污泥吸附剂对Cu~(2+)的吸附动力学63-65
• 6.2.5 混合污泥吸附剂对Cu~(2+)的等温吸附曲线65-66
• 6.3 本章小结66-68
• 全文总结68-70
• 参考文献70-78
• 致谢78-80
• 攻读硕士学位期间的研究成果80-81
• 学位论文评阅及答辩情况表81

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