氨基硫脲—纤维素复合水处理材料制备技术研究

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工业化的快速发展,导致了一系列的环境污染问题,如工厂废水的排放量在逐渐增加。而在这些工业废水中,大多含有超标的重金属离子和固体悬浮物,这给企业的废水处理阶段造成了很大的困扰。目前的废水处理工艺中,吸附法和絮凝沉淀法是处理废水中污染物最为直接有效的两种方法。而市场上的吸附絮凝材料种类众多,对污染物的处理效果也参差不齐,目前应用最为广泛的是有机材料,其中,天然高分子材料因为具有可生物降解、价格低廉以及对环境友好等优点,受到了研究者们的广泛关注。纤维素在自然界中含量丰富,属于天然高分子物质。本研究利用自然界中大量存在的纤维素和氨基硫脲作为原料,经交联剂戊二醛交联,采用一步法制备合成了一种可生物降解的氨基硫脲-纤维素复合水处理材料(BPC-g-TSC)。探究了复合材料对几种不同金属离子的吸附性能以及对高岭土悬浊液的絮凝效果,最后初步探究了对实际废水的处理效果,得到以下结果:(1)BPC-g-TSC的制备及性能表征:为了优化制备工艺,设计了一个五因素四水平的正交实验,根据极差分析得到吸附絮凝材料的最佳制备工艺:氨基硫脲用量1 g/g,戊二醛用量0.375 g/g,反应时间5 h,反应温度60℃,pH为4。对BPC-g-TSC的形貌结构进行分析,证明BPC-g-TSC被成功制备。在37℃条件下的土壤提取液中降解10天后降解率为40.2%,80天内的降解率可达78.7%,表明实验所制得的BPC-g-TSC材料具有良好的生物降解性能。(2)BPC-g-TSC对三种不同金属离子的吸附性能研究:通过探究吸附pH值、吸附的时间、吸附剂的用量以及吸附质的初始浓度等因素对BPC-g-TSC吸附性能的影响,确定了BPC-g-TSC对重金属离子吸附效果,通过对三种金属离子的吸附过程进行吸附动力学和吸附等温线模型的分析,说明BPC-g-TSC在吸附处理Cr6+、Cu2+和Sb3+离子的过程中,更符合准二级动力学模型和Langmuir模型,说明吸附过程主要以单层的表面吸附为主。(3)BPC-g-TSC对高岭土悬浊液的絮凝性能研究:测试了复合材料和高岭土悬浊液在不同pH下的Zeta电位,探究了不同pH、絮凝时间、材料用量等因素对絮凝后浊度的影响,在pH=4的时候,絮凝效果最佳,浊度为10.9 NTU;当絮凝处理静置5 min后,上清液的浊度便开始降低到151 NTU,当时间为25 min时,上清液的浊度达到11.5 NTU后趋于平衡状态。在絮凝处理高岭土溶液中的表现出的良好效果,絮凝时间快,有望应用于实际废水中。(4)BPC-g-TSC对电镀废水中Cr6+和Cu2+的的吸附量分别为74.31 mg/g和47.26 mg/g,对电镀废水浊度去除率为86.6%;对印染废水中的Sb3+的吸附量达到83.57 mg/g,浊度去除率为85.0%。本文提供了一种简单可行的制备方法,以纤维素作为原料,氨基硫脲作为单体,合成一种复合水处理材料,对重金属离子和固体悬浮物展现出良好的处理效果,有望规模化应用,为今后的水处理材料也提供了更多的思路和理论支持。
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