【摘要】：本研究利用白腐真菌Pleurotus ostreatus的培養(yǎng)基廢棄物(Spent cottonseed hull substrate, SCHS)作為生物吸附劑吸附水溶液中的陽(yáng)離子染料。本文進(jìn)行了可行性研究和論證,并深入研究了吸附等溫線、吸附動(dòng)力學(xué)。吸附熱力學(xué)以及動(dòng)態(tài)吸附模型等機(jī)理。 實(shí)驗(yàn)選取染料中具有代表性的吩嗪類、吩噻嗪類、三苯甲烷類、偶氮類中的中性紅、亞甲基藍(lán)、孔雀石綠、剛果紅4種常用染料作為污染物,深入研究了SCHS對(duì)中性紅、亞甲基藍(lán)、孔雀石綠等3種陽(yáng)離子染料的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)吸附行為,借助微量熱儀C80研究了SCHS對(duì)3種染料的吸附熱力學(xué)。 在研究SCHS對(duì)剛果紅不同pH值條件下的吸附試驗(yàn)中,對(duì)一部分研究工作者在使用單一波長(zhǎng)λmax測(cè)量剛果紅濃度時(shí)未考慮pH值變化對(duì)λmax的影響,進(jìn)行了糾正。實(shí)驗(yàn)證明不同pH值測(cè)量的剛果紅最大吸收波長(zhǎng)變化很大,這與SCI期刊中已經(jīng)報(bào)道的文獻(xiàn)不一致。實(shí)驗(yàn)證明,剛果紅的最大吸收波長(zhǎng)λmax在不同pH值溶液條件下會(huì)發(fā)生改變。因此,要準(zhǔn)確測(cè)量不同pH條件下染料的濃度,必須考慮其最大吸收波長(zhǎng)λmax的變化及相應(yīng)吸光值的變化。 通過現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)付里葉變換紅外光譜和熱重分析表明,SCHS中含有胺基、羥基、羰基、羧酸基、磷酸基等活性吸附官能團(tuán)位點(diǎn),這些官能團(tuán)能夠與染料離子結(jié)合產(chǎn)生吸附作用。通過化學(xué)滴定測(cè)定了SCHS的零電點(diǎn)(pHPZC),進(jìn)一步驗(yàn)證了在SCHS吸附劑上存在羰基、羧酸基、磷酸基等活性吸附官能團(tuán)位點(diǎn)。 在靜態(tài)的系列吸附實(shí)驗(yàn)中,通過考察染料溶液pH值、吸附時(shí)間、吸附劑用量、吸附劑粒徑、溫度、離子強(qiáng)度、染料濃度等實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)染料吸附的影響,確定了最佳的吸附條件。應(yīng)用Langmuir, Freundlich, Redlich-Peterson和Sips4種吸附等溫線模型對(duì)SCHS在不同溫度條件下吸附染料的數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合分析。用準(zhǔn)一級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)、準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)和粒子擴(kuò)散模型對(duì)不同時(shí)間條件下SCHS的動(dòng)態(tài)吸附行為進(jìn)行了擬合分析。為驗(yàn)證各個(gè)模型的線性和非線性擬合的參數(shù)可靠性,本論文還比較了各個(gè)擬合結(jié)果的誤差數(shù)據(jù)。通過對(duì)等溫吸附模型、吸附動(dòng)力學(xué)的線性回歸和曲線回歸比較分析,證明線性回歸的數(shù)據(jù)誤差明顯偏大,非線性回歸數(shù)據(jù)的可靠性要高于線性回歸。 吸附熱力學(xué)的研究表明,SCHS吸附3種染料的Gibbs自由能變化AG°均小于0,且溫度越高-△G。越小。這證明吸附過程引起Gibbs自由能降低,因此SCHS去除3種染料的吸附反應(yīng)是自發(fā)進(jìn)行的。焓變表明SCHS吸附3種染料的過程是吸熱反應(yīng),SCHS對(duì)3種染料的吸附除了物理吸附外,化學(xué)吸附占有主導(dǎo)作用。溶液環(huán)境溫度的升高,不僅有利于活化SCHS吸附位點(diǎn),更重要的是在一定程度上增加了吸附位點(diǎn)的數(shù)量。 通過用C80微量熱儀對(duì)SCHS吸附染料的固相-液相體系熱量變化的測(cè)量,證明SCHS與染料溶液反應(yīng)過程中的熱量變化不僅有吸熱過程的吸附熱還有放熱過程的潤(rùn)濕熱。由于吸附熱較潤(rùn)濕熱的值相差較大且整個(gè)體系潤(rùn)濕熱起主導(dǎo)作用,因此整個(gè)體系放熱起主導(dǎo)作用。 最后,在動(dòng)態(tài)吸附柱的實(shí)驗(yàn)中,通過改變吸附柱的柱高、染料溶液流入速度、初始濃度等單因素條件,研究了各種因素對(duì)動(dòng)態(tài)吸附的影響。動(dòng)態(tài)吸附柱的機(jī)理研究表明,可以用Thomas模型和BDST模型來描述SCHS生物吸附劑在動(dòng)態(tài)吸附柱中吸附3種染料的行為。動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)表明, SCHS動(dòng)態(tài)吸附柱可以有效去除溶液中的染料。 本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)是： 一、對(duì)一部分研究工作者在使用單一波長(zhǎng)λmax測(cè)量剛果紅濃度時(shí)未考慮pH值變化對(duì)λmax的影響,進(jìn)行了糾正。實(shí)驗(yàn)證明有些染料在不同pH值溶液環(huán)境條件下,其發(fā)色基團(tuán)的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變,因此其最大吸收波長(zhǎng)(λmax)及其吸光值也會(huì)隨著pH值的變化而變化,此研究糾正了一些國(guó)內(nèi)外學(xué)者在先前研究中存在的誤區(qū)。 二、通過對(duì)等溫吸附模型、吸附動(dòng)力學(xué)模型的線性回歸和曲線回歸比較分析,證明線性回歸的數(shù)據(jù)誤差明顯偏大,非線性回歸數(shù)據(jù)的可靠性要高于線性回歸。 三、運(yùn)用C80微量熱儀對(duì)吸附染料的固相-液相體系熱量變化的測(cè)量,證明SCHS與3種陽(yáng)離子染料溶液反應(yīng)過程中的熱量變化不僅有吸附熱,還有放熱過程的潤(rùn)濕熱,吸附熱較潤(rùn)濕熱的值相差較大,因此,整個(gè)體系潤(rùn)濕熱起主導(dǎo)作用。這是目前文獻(xiàn)中沒有報(bào)道的。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：X703;X172

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張麗芳;魏德洲;;真菌生物吸附劑對(duì)染料吸附脫色的研究[J];東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2007年10期

2 明銀安,陸曉華;印染廢水處理技術(shù)進(jìn)展[J];工業(yè)安全與環(huán)保;2003年08期

3 潘碌亭;;中國(guó)微污染水源水處理技術(shù)研究現(xiàn)狀與進(jìn)展[J];工業(yè)水處理;2006年06期

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本文編號(hào)：2653340