论文部分内容阅读
实现粉煤灰等工业废弃物的深度、高附加值资源化利用对于我国消除环境污染、缓解资源短缺,实现社会可持续发展具有重要意义。粉煤灰中包含的磁性微珠,由于铁含量高、磁性强、孔隙丰富等特点,在廉价磁种、磁性吸附剂等方面具有重要应用潜力。其中,利用粉煤灰磁珠处理重金属污水是重要的研究热点之一。吸附法是最常用的重金属污水处理方法之一,但其目前采用的吸附剂一般颗粒微细、悬浮性好,因此很难实现固液分离,成为制约吸附法推广应用的因素之一。如果将磁分离技术引入重金属污水处理过程,则可借助磁场力作用解决吸附剂难分离的问题。但目前的磁性吸附剂多利用化学合成的纳米磁种作为磁核,成本高、环境负荷重、使用保管要求高。如果以粉煤灰磁珠为磁核合成磁性吸附剂,不但可满足磁分离的要求,而且又可降低药剂成本。鉴于此,本论文选取精选加工后的粉煤灰磁珠作为磁核,以壳聚糖作为重金属离子吸附剂,合成磁珠@壳聚糖磁性吸附剂,并用于低浓度含铜废水的吸附处理。具体研究工作如下:采用磁选管对粉煤灰进行分步磁选,获得强磁性粉煤灰磁珠,然后对磁珠进行球磨分级,获得更细粒径的粉煤灰磁珠颗粒。以粉煤灰磁珠颗粒为磁核,分别采用沉淀法、碳二亚胺缩合法和反相微乳液法制得不同微观结构的磁珠@壳聚糖复合微球吸附剂。并利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、振动样品磁强计(VSM)等对该吸附剂材料的形貌、元素组成、官能团组成、物相成分以及磁学性能等进行表征,通过紫外可见分光光度法绘制了铜离子标准曲线,并对磁珠@壳聚糖吸附剂的吸附性能进行了测试。1.通过沉淀法可以制备磁珠@CS凝胶球,粒径大小介于500-800μm之间。XRD研究表明掺入的凝胶球同时具有磁珠和壳聚糖的衍射峰,说明壳聚糖与磁珠成功复合;VSM表征表明其磁性较原磁珠差,饱和磁化强度只有2.02emu/g,说明凝胶球中磁珠所占比例很少。Cu2+离子吸附研究表明,其水凝胶对模拟含铜废水中的Cu2+离子表现良好的吸附和脱色效果,吸附量可达4.5mg/g以上,吸附后凝胶变为蓝色。通过对其吸附等温模型进行试验研究,发现其对Cu2+离子吸附试验与Freundlich吸附模型有较好的符合性。2.通过碳二亚胺缩合法可制备磁珠@CMCS磁性复合材料。该法制得的磁珠@CMCS具有较均匀的粒径分布,平均直径10μm左右。VSM表征表明所得样品具有较强磁性,可达20.09 emu/g。通过对制备样品的Cu2+离子吸附性能进行研究,发现其对低浓度铜离子的吸附容量为10.33mg/g。3.利用反相微乳液法,通过分步包覆制备了磁珠@Si02@CS复合微球。FTIR分析表明,Si02包覆在了磁珠的外面形成了壳核结构,从而使其更易与CS结合。EDS结果表明,磁珠较均匀的分布在壳聚糖基体中。VSM检测表明,磁珠的掺杂量约为32%。Cu2+离子吸附表明,该吸附剂对较低浓度含铜废水表现出很好的吸附效果,其对1Omg/L和20mg/L的Cu2+离子废水的吸附量分别为8.63mg/g和11.08mg/g。通过对三种磁珠@壳聚糖吸附剂的吸附动力学模型进行研究,发现三者均与准二级动力学模型具有良好的线性拟合关系,说明吸附主要以CS对Cu2+的化学吸附为主。进一步的通过对其吸附等温线进行拟合发现,沉淀法以Freundlich吸附模型为主,而其余二者与Langmuir吸附等温模型相符。对三者的最佳吸附pH范围进行了研究,发现其最佳pH值范围为5～5.5,过酸则对电离吸附有抑制作用,而相对碱性条件下,铜离子则直接发生沉淀作用。