【摘 要】
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随着现代化工业的飞速发展,大量印染废水排入水体,加剧了水体的污染程度。印染废水具有排放量大、组分复杂、色度较高、毒性大、污染物化学性质较为稳定、不易被降解的特点,严重阻碍了国民健康及经济社会的可持续发展,因此印染废水的脱色处理已成为环境修复研究中的重点之一。目前常用的印染废水脱色处理方法中,吸附法以其成本低、操作工艺简单、效果理想且不会产生二次污染的特点成为了工业上较为常用的方法。与此同时,随着更
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随着现代化工业的飞速发展,大量印染废水排入水体,加剧了水体的污染程度。印染废水具有排放量大、组分复杂、色度较高、毒性大、污染物化学性质较为稳定、不易被降解的特点,严重阻碍了国民健康及经济社会的可持续发展,因此印染废水的脱色处理已成为环境修复研究中的重点之一。目前常用的印染废水脱色处理方法中,吸附法以其成本低、操作工艺简单、效果理想且不会产生二次污染的特点成为了工业上较为常用的方法。与此同时,随着更多价廉、高效、可再生的新型吸附剂的出现,使得吸附法在印染废水脱色处理上有了更大的发展潜力。目前,工业上常用的吸附剂包括粘土/沸石、活性炭(AC)、活性氧化铝、农业固体废弃物吸附剂等,然而这些传统吸附剂对于印染废中污染物的吸附效果较差且再生困难,因此,为了实现对印染废水的高效、低成本吸附,许多学者在传统吸附剂的基础上开发了众多的新型吸附剂。β-环糊精(β-CD)作为一种具有特殊空腔结构(外腔亲水、内腔疏水)的环状低聚糖大分子,可与有机或无机化合物形成主客体包络作用,具有价廉易得、可生物降解的优点,因此可以用于印染废水的脱色处理。然而它易溶于水,吸附染料后不易从废水中分离出来的特点限制了它在废水脱色领域的应用,因此需要对β-CD进行化学修饰,以实现其水不溶性,从而提高β-CD的可用性。本论文以N,N二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,六氯环三磷腈(PNC)为交联剂,聚乙烯亚胺(PEI)为表面修饰剂,经亲核取代反应制备出两种β-CD基纳米球(β-CDN和β-CDN@PEI);采用固态核磁共振波谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、场发射扫描电镜和Zeta电位-粒径分析仪对两种纳米球的结构及形态进行了系统表征,并对其水溶性进行了研究;同时将制备的β-CD基纳米球用作吸附剂分别对两种阳离子染料(亚甲基蓝、碱性红14)和三种阴离子染料(酸性黄11、直接红81、甲基橙)进行吸附研究,并与AC的吸附性能进行比较,得出如下结论:(1)论文制得的两种β-CD基纳米球在保证β-CD原有空腔结构的基础上,克服了后者易溶于水的缺点,同时纳米球表面粗糙,具有较高的比表面积,有助于实现吸附剂对多种污染物的高效吸附。(2)模拟染液的p H对吸附剂的吸附能力起着至关重要的作用。随着模拟染液p H值的增大,两种吸附剂对阳离子染料的吸附率逐渐增大,对阴离子染料的吸附率逐渐减小。两种吸附剂和AC对模拟染液中染料的吸附均符合Langmuir等温吸附模型和拟二级吸附动力学模型。拟合结果表明,三种吸附剂中β-CDN对阳离子染料的吸附效果最好,AC次之,β-CDN@PEI则相对较差,其中β-CDN对阳离子染料的饱和吸附量可达到AC的2倍左右;β-CDN@PEI对阴离子染料的吸附效果最好,β-CDN次之,AC最差,其中β-CDN@PEI对阴离子染料的饱和吸附量可达到活性炭的2-3倍,吸附速率可以达到AC的8-42倍。综合上述研究结果,β-CDN更适用于对阳离子染料的吸附;β-CDN@PEI更适用于对阴离子染料的吸附。(3)在经过10次连续的吸附-脱附循环后,β-CDN和β-CDN@PEI对染料的吸附性能仍保持稳定。结果表明,所制备的β-CD基纳米球对染料具有优异的循环吸附性且再生简便,可实现吸附剂的快速回用。(4)与单一染料的吸附相比,β-CDN和β-CDN@PEI两种吸附剂在亚甲基蓝-甲基橙(MB-MO)混合染液中对两种染料的吸附率更高,这一结果可归因于两种染料不同电性能之间的静电相互作用,在它们之间形成协同吸附效果。此外,在酸性条件下,两种吸附剂对MBMO混合染液中两种染料的吸附能力相对较好。
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