纤维基吸附催化材料制备及其在印染废水脱色中的应用

来源 :西安工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiayuanyuan001
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印染废水色度高、水量大、难降解、污染严重、处理成本高;废弃纤维材料来源丰富,价格便宜,可以生物降解。本研究以废弃纤维为基材,制备出对染料具有高吸附性能及催化性能双重作用的廉价纤维基固体材料,将其与过氧化氢构成非均相芬顿催化体系,应用于活性翠蓝KNG模拟染料废水脱色,目的是有效去除染料废水中的染料,同时使吸附催化材料重复多次使用,降低脱色成本,并有效利用废弃物。本研究分别采用羊毛纤维和无纺黏胶为原料,先用碱剂、亚硫酸氢钠、等离子体和阳离子明胶蛋白助剂对羊毛纤维和无纺黏胶进行预处理,再用明胶铜配合物、硫酸铜、硫酸亚铁对羊毛纤维和无纺黏胶进行金属盐改性处理,制备纤维基吸附催化材料,将其应用于活性翠蓝KNG模拟染料废水脱色,以脱色率为评价指标,优化了预处理、金属盐改性处理的最佳工艺条件。羊毛纤维基吸附催化材料的制备工艺为:先将羊毛纤维投入含有2%(owf)阳离子明胶蛋白助剂和10%(owf)碳酸钠的水溶液中,于95℃预处理50 min,取出水洗;再将预处理后羊毛纤维投入含有30%(owf)明胶铜配合物和40%(owf)硫酸亚铁的水溶液中,于35℃改性处理60 min,取出水洗、烘干。无纺黏胶基吸附催化材料的制备工艺为:先将无纺黏胶投入含有4%(owf)阳离子明胶蛋白助剂和10%(owf)氢氧化钠的水溶液中,于35℃预处理30 min,取出水洗,再将预处理后无纺黏胶投入含有40%(owf)明胶铜配合物和40%(owf)硫酸亚铁的水溶液中,于65℃改性处理40 min,取出水洗、烘干。接下来探讨了这两种吸附催化材料的最佳脱色工艺。主要通过探究30%过氧化氢用量、脱色液p H值、盐酸用量、脱色温度、脱色时间对吸附催化材料脱色率的影响,得出羊毛纤维基吸附催化材料的最佳脱色工艺为:将1 m L·L-1盐酸和4 m L·L-130%过氧化氢加入到含有0.12 g·L-1活性翠蓝KNG染料的模拟染液废水中,投入羊毛纤维基吸附催化材料,纤维重量与溶液体积之比为1∶100,于35℃脱色处理2 h。无纺黏胶基吸附催化材料的最佳脱色工艺为:将3 m L·L-1盐酸和2 m L·L-130%过氧化氢加入到含有0.12 g·L-1活性翠蓝KNG染料的模拟染液废水中,投入无纺黏胶基吸附催化材料,纤维重量与溶液体积之比为1∶100,于35℃脱色处理2 h。还探讨了染液中氯化钠、高锰酸钾和抗坏血酸对脱色效果的影响,结果表明,染液中存在氯化钠不利于染料废水脱色,存在微量高锰酸钾和抗坏血酸都能提高脱色效果。其次,评价了这两种吸附催化材料的脱色效果。结果表明,吸附催化材料和过氧化氢构成的非均相芬顿体系具有吸附染料阴离子和催化降解染料双重作用,并且吸附催化材料能够重复多次使用。而且按此工艺制备的其它纤维基废弃材料,同样能获得良好的脱色效果和重复再利用效果。另外,这两种吸附催化材料可应用于酸性染料、直接染料和活性染料废水脱色处理。脱色后的回用水,还可应用于棉织物染色,但与自来水染色棉织物相比,回用水染色后棉织物色光和K/S值变化较大。最后,表征了这两种吸附催化材料的结构和性能,探讨了这两种吸附催化材料的作用机理。结果表明,明胶铜配合物和硫酸亚铁能够与吸附催化材料牢固结合,在脱色过程中不易溶落,有利于材料的循环再利用。吸附催化材料对活性翠蓝KNG模拟染料废水的脱色过程符合准二级动力学模型。在35℃吸附催化材料脱色体系中过氧化氢分解的过程和未处理材料脱色体系中过氧化氢的分解过程均符合准一级动力学模型,在55℃和75℃吸附催化材料脱色体系中过氧化氢的分解过程符合准二级动力学模型。此外,在吸附催化材料与过氧化氢构成的非均相芬顿催化体系中,材料吸附染料的同时,能够有效催化过氧化氢分解,破坏染料结构。另外,与35℃和75℃相比,在55℃脱色时,纤维损伤更小,脱色液的CODcr值(化学需氧量)更低,材料损伤更小,降解染料的效果更好,但该催化体系对染料的矿化仍不彻底,还需进一步研究。同时,脱色过程中紫外可见吸收光谱性能发生很大变化以及通过加入羟自由基捕获剂(二甲基亚砜)后,脱色率有所降低,表明吸附催化材料具有催化性能,能够催化过氧化氢分解高活性羟自由基,且羟自由基能够降解脱色液中的染料,但脱色体系反应复杂,羟自由基可能不是唯一一种破坏染料结构的有效成分,仍需进一步研究探讨。因此,该研究有利于废弃资源有效再利用,有利于降低废水处理成本,保护水资源,符合环境友好型和资源节约型理念,该研究具有实际应用价值及应用开发前景,能为社会和企业带来良好的经济、社会、环境效益。
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