磁性玉米秸秆对两种碱性染料的吸附研究

【摘要】：染料的广泛使用必然产生大量的染料废水排放到环境水体中,导致自然水体的污染。传统染料废水的处理方法效率低、成本高,越来越需要寻找低成本材料作为吸附剂用于染料污染的治理。目前生物质材料作为一种吸附剂用于处理染料废水的研究已经大量展开,但由于生物质材料本身的性质,它的吸附能力比较低,材料不便于回收重利用,无法投入到实际应用中。本实验通过对农业废弃物的进一步处理得到一种高吸附性能,可再生重复利用的生物吸附剂,以达到对资源的充分利用和环境保护。 本文调查了玉米秸秆以及修饰后的玉米秸秆作为吸附剂去除水溶液中阳离子型染料的可行性,为寻找新的、具有高效染料去除能力的植物吸附材料,加强染料废水污染的治理工作提供理论基础。实验中玉米秸秆经碱处理,脱去木质素暴露出纤维素,然后与Fe3O4磁性纳米粒子相结合,得到磁性玉米秸秆,接着通过聚乙二醇和谷氨酸的修饰作用,在磁性玉米秸秆的表面引入活性羧基和羟基基团,制备出羟基化玉米秸秆(HMCS)和羧基化玉米秸秆(CMCS)。实验所选用的两种阳离子染料为：甲基紫、亚甲基蓝,研究了各种实验参数对这两种染料吸附的影响,这些因素包括：吸附时间、染料浓度,染料的pH值,吸附温度,重复利用率,确定最佳吸附实验条件,最后采用扫描电镜、Χ射线衍射仪、红外光谱仪和酸碱电位滴定等手段对修饰前后的玉米秸秆进行表征。 本实验研究结果表明：修饰后的玉米秸秆与玉米秸秆相比,其对染料的吸附量增加了一倍。吸附剂的吸附能力随染料初始浓度增加而增加,吸附剂HMCS、CMCS对甲基紫的吸附达到平衡时的浓度为：450mg/g;吸附剂对亚甲基蓝的吸附达到平衡时的浓度为：150mg/g。HMCS、CMCS对染料吸附的最佳实验条件为：当pH值为6、温度为60℃时间为60min时,吸附剂对两种染料的吸附达到最大吸附量。HMCS、CMCS对甲基紫和亚甲基蓝的吸附量随着重复次数的增加而减少,在吸附剂重复利用四次后,重复利用率仍为70%. HMCS、CMCS对两种染料的吸附过程更符合Langmuir吸附模型,即吸附过程为单分子层吸附,其RL值都大于0小于1,说明吸附剂对于甲基蓝和甲基紫的吸附反应是有利的。HMCS、CMCS对染料的吸附反应适合于假二级吸附模型,即吸附反应为发生在吸附剂表面的化学吸附反应。 通过对修饰前后的玉米秸秆进行扫描电镜、XRD分析、酸碱表面滴定以及红外光谱等手段表征发现：吸附剂表面结构发生明显变化；Fe3O4结合到玉米秸秆表面并且其晶体结构没有发生变化,说明吸附剂也具有良好的磁性；吸附剂表面官能团的羟基和羧基的数量增多；红外光谱上一些吸收峰峰值发生了位移,说明羟基和羧基活性基团修饰到了玉米秸秆表面,并参与了对亚甲基蓝和甲基紫吸附。 【关键词】：玉米秸秆 碱性染料 吸附动力学 吸附平衡 表征
【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X788
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-9
• 1 文献综述9-23
• 1.1 染料及其来源9-10
• 1.2 染料污染的特点和危害10-11
• 1.3 染料污染的处理方法11-20
• 1.3.1 吸附法11-12
• 1.3.2 絮凝法12-13
• 1.3.3 氧化法13-14
• 1.3.4 电化学法14-15
• 1.3.5 生物降解废水15-20
• 1.4 农林废弃物的改性方法20-22
• 1.4.1 物理改性方法20
• 1.4.2 化学改性20-22
• 1.5 研究的目的与意义,创新性22-23
• 2 材料与方法23-27
• 2.1 实验材料23
• 2.1.1 染料废水的配制23
• 2.1.2 化学试剂23
• 2.2 试验仪器23
• 2.3 实验方法23-27
• 2.3.1 玉米秸秆的改性23-24
• 2.3.2 四氧化三铁的制备24
• 2.3.3 羟基化玉米秸秆复合材料(HMCS)的制备24
• 2.3.4 羧基化玉米秸秆复合材料(CMCS)的制备24
• 2.3.5 吸附实验24-27
• 2.3.6 吸附材料的表征27
• 3 实验结果与分析27-38
• 3.1 CMCS和HMCS对亚甲基蓝和甲基紫染料的吸附比较27-38
• 3.1.1 两种不同材料的对照处理27-28
• 3.1.2 pH对CMCS和HMCS吸附能力的影响28-30
• 3.1.3 吸附时间对CMCS和HMCS吸附能力的影响30-33
• 3.1.4 染料初始浓度对CMCS和HMCS吸附能力的影响33-36
• 3.1.5 温度对CMCS和HMCS吸附能力的影响36-37
• 3.1.6 吸附后的材料解吸以及重复利用37-38
• 4 吸附材料的表征38-46
• 4.1 电镜扫描分析38-39
• 4.2 XRD分析39-40
• 4.3 酸碱滴定分析40-43
• 4.4 红外光谱表征43-46
• 5 结论46-48
• 参考文献48-54
• 致谢54

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