磁捕剂制备及去除水中藻和铬的研究

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蓝藻爆发对人类生活环境造成较大危害。此外,污水中还常常含有Cr6+离子,若不进行有效处理会对环境造成严重危害。是否可以制备一种材料,能同时去除上述两种有害物质?围绕该问题,我们设计实验方案,开展了实验研究。首先,制备一种经条件优化筛选的磁捕剂,它具有较强的吸附功能,可有效混凝水中的铜绿微囊藻;其次,它具有可同时吸附水中部分Cr6+的特点。因此,利用磁场可有效地将磁捕剂从水中打捞出来,既去除了蓝藻,也除去了水中的Cr6+离子。此外,为获得较好的性能,探讨了材料制备的优化条件,研究了制备的磁捕剂材料对水溶液中的铜绿微囊藻、Cr6+以及两者同时存在的吸附性能,利用实验数据进行动力学、等温吸附模型和热力学分析,并初步分析了磁捕剂吸附铜绿微囊藻、Cr6+以及同时吸附两者的机理。主要研究内容如下:(1)磁捕剂制备的条件优化筛选。寻找制备磁捕剂的最佳方法,并优化制备过程中各材料配比。采用傅立叶变换红外光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)对磁捕剂的结构和性质进行了表征。(2)利用BG-11培养基培养铜绿微囊藻(编号为FACHB-905),并研究磁捕剂去除铜绿微囊藻的效能。实验研究了磁捕剂的投加量、藻细胞的浓度、作用时间、pH值及温度对除藻效果的影响,确定了最佳除藻条件;利用拟一级和拟二级两种动力学模型,探究了其吸附絮凝铜绿微囊藻的动力学行为。(3)磁捕剂去除水中的Cr6+的实验研究。实验研究了磁捕剂的投加量、作用时间、pH值及温度对除Cr6+效果的影响,确定了最佳除Cr6+条件;利用拟一级、拟二级、Elovich方程、Webber-Morris颗粒内扩散和Boyd模型五种动力学模型,探究了磁捕剂吸附Cr6+的动力学行为;使用Langmuir、Freundlich Temkin和Dubinin-Radushkevich(D-R)等温线评估磁捕剂的吸附能力,确定了其吸附等温线模型,并进行热力学分析,确定反应发生类型。(4)磁捕剂同时去除水中的藻和Cr6+的实验研究。实验研究了Cr6+存在情况下除铜绿微囊藻的情况、铜绿微囊藻存在情况下除Cr6+已经在不同pH条件下、藻投放顺序不同时除Cr6+,并与单独除铜绿微囊藻和Cr6+的实验进行比较。研究表明,制备的磁捕剂合成过程中凹凸棒土的化学结构并没有发生改变,Fe3O4只是以简单的物理作用附着在凹凸棒土表面。磁捕剂吸附絮凝铜绿微囊藻的量为5.12×109cells/g的单位吸附量。通过其除藻机理的探究,得知磁捕剂通过电荷中和和吸附架桥作用吸附絮凝藻细胞的;通过数据拟合表明其吸附絮凝行为符合二级吸附絮凝动力学模型。在室温条件下,磁捕剂吸附Cr6+的量为17.69mg/g的单位吸附量。磁捕剂对Cr6+的吸附符合拟二级动力学和Freundlich等温吸附模型,吸附过程是一个自发、放热的过程。磁捕剂可以同时去除水中的藻和Cr6+,但是两者会产生竞争。
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