改性花生壳纤维素阴离子吸附剂去除水中氮磷应用研究

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水体富营养化问题是全世界面临的环境问题之一,亟待解决。氮磷污染是造成水体富营养化的重要因素;在人们的日常生产生活中会产生大量的农林废弃物,如果不加以处置,随意丢弃农林废弃物会对环境造成一定的污染,从而影响人们的居住环境。为了使农林废弃物变废为宝,本文选择廉价易得的花生壳(PN)作为材料,研制氮磷吸附剂,以期在水污染控制领域得到应用。通过阅读文献,首先确立了生物质阴离子吸附剂的最佳改性工艺和条件,通过在三颈烧瓶中添加氧化剂环氧氯丙烷、反应介质N,N-二甲基甲酰胺、接枝剂三乙烯四胺和三乙胺充分反应,在花生壳上嫁接功能基团季铵基的形式获得改性花生壳(MPN),然后通过元素分析(EA)、Zeta电位、电镜扫描(SEM)和傅里叶红外光谱仪(FTIR)现代技术手段对改性前后的花生壳进行表征,表明季铵基功能基团成功嫁接在花生壳上。
  为考察MPN在不同吸附条件下的吸附性能,以pH(2-11)、投加量(1g/L-6g/L)、初始浓度(10mg/L-90mg/L)、共存离子(Cl-、SO42-)为主要影响因素,以对硝酸根和磷酸根的吸附量为响应指标,优化吸附条件。结果表明,硝酸根和磷酸根吸附均有较广的pH适应范围(4-9),在MPN中,硝酸根在pH为6的时候获得最大去除率85.31%,磷酸根在pH值为5.0时获得最大去除率79.85%;当投加量从1.0g/L增加到6.0g/L时,MPN对硝酸根的去除率从51.44%增加到89.08%,对磷酸根的去除率从59.10%增加到83.12%。随着初始浓度的增加(10~90mg/L),吸附硝酸根和磷酸根的能力分别提高了6.91倍和7.73倍。SO42-和Cl-对硝酸根和磷酸根吸附均产生负影响,不同竞争阴离子的存在对硝酸根和磷酸根的抑制作用差别不大,均在40%以下,抑制不明显。
  为探究MPN对硝酸根和磷酸根的吸附机理,采用应用比较广泛的伪一级动力学方程和伪二级动力学方程,以及常用的Langmuir和Freundlich吸附等温线模型分析,数据拟合结果表明对两种阴离子的吸附均符合伪二级动力学方程、Freundlich等温吸附模型;
  通过在填充了生物质吸附剂的吸附柱中对含有硝酸根和磷酸根溶液进行动态过柱吸附研究MPN实际应用的可能性。通过动态过柱吸附实验、动态过柱解吸实验、动态过柱再生实验的方式动态考察MPN对硝酸根和磷酸根两种阴离子的吸附能力,并利用Yan、Yoon-Nelson和Thomas三种模型拟合动态吸附过程。动态过柱吸附实验表明,MPN的单位吸附量受溶液进水流速、吸附剂填充高度、进水溶液初始浓度影响不明显。其中MPN对硝酸盐的单位吸附量最大为53.25mg/g,磷酸盐的单位吸附量最大值几乎是硝酸盐吸附量的2倍为90.6mg/g;拟合结果表明,只有Yan模型适用于描述硝酸盐和磷酸盐的吸附过程。采用不同浓度的NaOH和HCl解吸硝酸盐和磷酸盐,发现NaOH对两者的解吸能力稍高于HCl。柱再生发现,HCl对硝酸盐和磷酸盐的再生能力优于NaOH。
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