【摘 要】
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柚子皮(PP)作为一种废弃的生物质材料,由于资源丰富、分布广泛而且具有大量的羟基和羧基等极性官能团易于功能化,因此在水处理领域被广泛关注。本文使用β-环糊精(β-CD)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和MIL-101(Fe)对柚子皮进行改性,分别制备得到β-CD-PP、CTAB-PP和MIL-101(Fe)-PP三种吸附剂,探究对铜离子(Cu2+)、双酚硫(BPS)、磺胺甲恶唑(SMX)、双酚A
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柚子皮(PP)作为一种废弃的生物质材料,由于资源丰富、分布广泛而且具有大量的羟基和羧基等极性官能团易于功能化,因此在水处理领域被广泛关注。本文使用β-环糊精(β-CD)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和MIL-101(Fe)对柚子皮进行改性,分别制备得到β-CD-PP、CTAB-PP和MIL-101(Fe)-PP三种吸附剂,探究对铜离子(Cu2+)、双酚硫(BPS)、磺胺甲恶唑(SMX)、双酚A(BPA)和盐酸四环素(TCH)的吸附性能,结合等电点(pHzpc)、扫描电镜(SEM)、中远红外光谱(FTIR)、比表面积分析(BET)、X射线衍射分析(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)进一步讨论吸附剂对吸附质的吸附机理,研究结果如下:利用柠檬酸(CA)交联β-CD和PP制备出β-CD-PP,研究其对Cu2+和BPS的吸附性能。结果表明,pH=5时Cu2+的吸附量达到最大为49.4 mg·g-1,pH=7时BPS的吸附量最大为26.2 mg·g-1。共存离子的存在不影响BPS的去除,Cu2+的吸附会随离子浓度增加而被抑制。Cu2+和BPS的吸附过程都符合Elovich和Pseudo-second-order动力学模型,但是Freundlich等温线模型适合Cu2+的吸附,BPS的吸附与Langmuir等温线模型更接近,而且在303 K温度下β-CD-PP对Cu2+和BPS的最大吸附量分别为45.8和11.3 mg·g-1。热力学研究表明Cu2+的吸附是一个熵增的自发的吸热反应,BPS的吸附是一个自发的熵减的放热反应。0.1 mol·L-1的硝酸能够对Cu2+的吸附进行多次解吸,75%乙醇对BPS的解吸再生效果最好。β-CD-PP对E.coli的抗菌性能弱,然而对S.aureus的抗菌性能强。CTAB-PP对SMX和BPA的吸附研究结果表明,改性后的柚子皮的吸附性能显著提升,在303 K下CTAB-PP对SMX和BPA的最大吸附量分别为123和177 mg·g-1。另外,pH值对SMX的吸附影响较大,pH=6时吸附量达到最大,但是pH几乎不改变BPA的吸附量。SMX的吸附量随着共存离子浓度增加而减小,然而对BPA吸附的影响可以忽略不计。SMX和BPA的吸附过程符合Pseudo-second-order 动力学模型和 Langmuir 等温线模型,表明 CTAB-PP 吸附是由化学吸附主导的均相的单层吸附过程。SMX的吸附是一个自发的熵减的放热反应,BPA的吸附是一个自发的熵增的放热反应。Thomas模型和Clark模型都能很好地描述SMX和BPA在CTAB-PP上的动态吸附过程。通过水热法将MIL-101(Fe)负载在PP上制备出MIL-101(Fe)-PP,探究其对TCH的吸附机理。TCH在水相中的存在形式会随着pH发生变化,导致单位吸附量产生浮动,在303K下pH=10时吸附量可以达到172 mg·g-1,MIL-101(Fe)-PP对TCH的吸附性能显著提高。此外,共存离子对吸附产生不利的影响。Elovich、Pseudo-second-order动力学模型和Freundlich等温线模型符合吸附过程,说明TCH的吸附主要是由静电引力作用主导的非均相多层吸附伴随化学吸附的过程。热力学表明该吸附是一个自发的吸热反应。最后,0.01 mol·L-1的NaOH对TCH的有比较好的解吸再生效果。本文以柚子皮为原材料,制备出新型吸附剂,合成方法简单、绿色无污染并且对特定污染物均表现出良好的吸附能力和再生性能,实验结果为改性生物质材料在废水处理中的应用提供基础理论依据。
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