载镧淀粉样纤维材料的研制及水体深度除氟特性

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水体中过量的氟会对人体、动植物产生巨大的负面影响。因此,如何高效的控制水中氟的含量,研制出效率高、经济效益好、环境友好型除氟吸附剂是亟待解决的问题。常用的除氟方法中,吸附法由于具有操作简单、成本低廉、除氟效果好等优点成为去除水中氟化物的理想选择。近年来,稀土元素在水污染处理中展现出巨大的潜力。基于此,本论文将稀土元素镧负载到β-乳球蛋白淀粉样纤维表面,成功制备镧基淀粉样纤维吸附材料。在此基础上,为了进一步优化复合吸附剂的性能,将复合材料与D201树脂粉末混合制备成树脂基淀粉样纤维镧复合膜,用于对含氟废水进行过滤处理。本文研究了上述两种复合材料的除氟特性,并探讨复合材料对氟离子的吸附机理。复合吸附剂Fiber-La(OH)3以β-乳球蛋白淀粉样纤维作为载体,采用原位合成法在其表面生成氢氧化镧。利用TEM、AFM、XRD、FTIR等方法对复合材料进行化学基团以及形貌分析。表征结果表明:β-乳球蛋白淀粉样纤维直径小于10 nm,平均直径约为5 nm,长度约为2-4μm,说明其具有超高的纵横比,极高的纵横比淀粉样纤维表面含有更多的氨基酸残基,提供更多的活性吸附位点。原位合成氢氧化镧后,纤维长度无明显变化。复合吸附材料与常规的除氟材料相比,不仅有更高的去除率,且沉淀量更低。复合材料在动态、静态吸附实验中都表现出优异的性能,静态吸附对水中氟离子的去除率可达95%,吸附容量可达160 mg/g,远高于常规除氟吸附剂。且吸附剂对高浓度、低浓度的氟废水都有良好的去除效果;吸附材料在p H为3-8之间的去除效率可达95%;动力学吸附实验证明吸附剂在8 min以内即可达到平衡,吸附平衡时间较短,说明其吸附动力学特性优异。除此之外,该复合材料克服了氢氧化镧难以沉降的缺点,为后续的处理提供有利条件。在此基础上,本论文将阴离子交换树脂D201粉末与Fiber-La(OH)3吸附材料混合均匀,用抽滤装置制成树脂基淀粉样纤维镧复合膜,该膜可以进一步提升对氟离子的处理性能。其循环处理氟离子废水与再生实验具有良好的表现,在15个循环周期后,氟离子去除率依然可达90%;复合膜在3次吸附-脱附再生周期后,氟离子去除率可达67%以上,脱附率可达80%以上。除此之外,复合膜进一步拓宽了p H处理范围,其在p H为3-11宽范围内去除率可达95%;在模拟动态吸附实际废水实验中表现出的实际性能,进一步表明其可行性。
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