论文部分内容阅读
天然有机物(NOM)是动植物在腐败过程中分解产生的有机物,广泛存在于天然水体和土壤中。水中NOM的存在可引起一系列环境和健康问题,因此,水中NOM去除越来越受到人们的关注。氨基类吸附剂对水中NOM具有良好的去除性。本论文以实验室合成的聚苯胺(PAN)和磁性氨基纳米颗粒(Fe3O4@ SiO2-NH2)为吸附剂,研究其对水源水中NOM(腐殖酸(HA)、单宁酸(TA)为处理对象)的去除效果,溶液初始浓度、吸附时间、溶液pH、离子浓度等各种因素对吸附的影响。通过关联吸附实验分析和吸附剂表征,对吸附机理进行探究。通过实验研究得到以下几点:PAN对TA、HA的吸附:(1)通过化学合成法合成PAN材料。材料比表面积29.97 m2/g,粒径80120 nm,等电点5.8,PAN所带胺基以亚胺盐态存在。(2) PAN对TA、HA具有良好的吸附性。实验条件下,PAN对TA、HA的最大吸附量分别为117.6 mg/g和115.0 mg/g,且在300400 min内,基本达到吸附平衡。PAN对TA、HA的吸附等温线可用Langmuir方程很好的拟合,吸附为单层化学吸附。PAN对TA、HA的吸附为吸热反应,吸附自由能D G0<0,说明PAN对TA、HA的吸附可自发进行。不同浓度下、HA和TA的吸附动力学均符合二级动力学方程,且吸附速度随浓度的增加而降低。(3) pH对吸附量的影响明显。实验条件下,PAN对TA的最大吸附量出现在pH 5.8,pH>5.8时,随着pH的增大,吸附量急剧下降;PAN对HA的吸附随着pH的增大而逐渐下降。溶液中盐离子能促进吸附的发生,实验中不同离子对吸附的影响大小顺序为Ca2+>K+≈Na+。(4)以NaOH为脱附剂,可对已吸附HA、TA进行有效脱附。再生3次后,其吸附量不再有明显下降,对HA、TA保持较好的吸附性,具有良好的脱附再生性。Fe3O4@SiO2-NH2吸附TA:(1) Fe3O4@SiO2-NH2材料以Fe3O4为核,二氧化硅为壳,氨基成功嫁接在材料表面,氨基比重约为9.24%,平均粒径17.9 nm,材料具有良好的磁分离性,可快速磁分离。(2)实验条件下,Fe3O4@SiO2-NH2对TA的最大吸附量为158.9 mg/g,吸附等温线符合Langmuir方程。不同温度下,Langmuir分离系数RL小于1,说明TA在Fe3O4@SiO2-NH2上的吸附为有利吸附。TA在Fe3O4@SiO2-NH2上的吸附较快,300 min内已基本达到吸附平衡,且不同吸附浓度下的动力学均符合二级动力学方程。吸附过程中,边界层扩散对TA的吸附有一定的影响。(3) pH对吸附的影响明显。实验条件下,随着pH的增大,吸附量呈现先升后降的趋势,其最大吸附量出现在pH 6.0。溶液中离子(Na+、K+、Ca2+)能促进吸附的进行,实验中,以Ca2+的影响最为明显。(4)使用1M HCl为脱附剂,可实现TA的脱附再生,再生3次后,吸附量不再有明显降低,约为58.6 mg/g,具有良好的脱附再生性。(5)通过Fe3O4@SiO2-NH2吸附TA前后的C1s和N1s的XPS分析图谱可知,吸附过程中,质子化的氨基与TA分子间的表面配位作用是主要作用机理。由本研究可知,PAN和Fe3O4@ SiO2-NH2可以有效吸附去除水中NOM,且具有吸附量大,吸附速度快,循环再生性好的优点。吸附主要通过NOM分子与质子化氨基之间的静电作用实现。