高錳酸鉀改性花生殼對水中酸性品紅的吸附特性研究___畢業(yè)論(已修改)
2025-06-23 13:09 本頁面
【正文】 太原工業(yè)學院畢業(yè)論文 1 1 前言 研究背景 每個生命和它的健康都需要水來維系，水在地球上覆蓋的 面積 雖然有 71%，但 是 淡 水資源 卻 是非常的有限，人 類能夠 真正 利用的 確僅僅只有 江河湖泊 和 地下水中的一 小 部分， 只占 地球總水量的 %。 在全球各個國家中， 我國是一個缺水 比較 嚴重的國家。我國 的 淡水資源總量 大概 為 28000 億立方米， 占到了 全球 淡水資源 的 6%， 位居 世界第四位。 即使這樣 ，我國 每人平均擁有的 水資源量 卻僅僅只有 2300 立方米， 是 世界平均水平的 1/4， 全球范圍內(nèi)屬于水資源 最貧乏的國家之一。同時，我國 又是世界上用水量最大 的國家。 僅僅 2021 年 這一年 ，全國范圍內(nèi) 淡水 的 用量 就高 達到 5497 億立方米，大約占 每年 世界 淡水 取用量的 13%。伴隨這個 ，我國的水資源污染日趨嚴重。 在 我國 ， 造成水污染的兩個重要因素是工業(yè)污染和城市污水。 其中 ， 工業(yè) 污水占 水污染的 69%， 而生活 廢水占 31%。 就工業(yè)廢水這一方面，紡織印染業(yè)是主要的排放源 ， 排放超過 80%的紡織廢水 。 根據(jù) 統(tǒng)計 的 數(shù)據(jù)顯示 ， 在 2021 年，紡織工業(yè)排放的廢水 就已經(jīng)達到了 23 億噸 ， 位于工業(yè)行業(yè)的前 3 位 ， 占全國工業(yè)廢水總排放量的 %。 因為中國的工業(yè)狀況，各行各業(yè)都需要染料，所以在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的印染廢水也相對較高，染料使用過程中的耗水量也大。 印染廠每加工 100m 織物 ， 就會 產(chǎn)生 3~5 噸廢水 [1]。 人類可用水資源太少，而印染廢水的產(chǎn)量大，污染相對嚴重，這就直接威脅著人類的生活和生產(chǎn)，因此，印染廢水的處理迫在眉睫。 本課題研究的目的及意義 我國 紡織 印染工業(yè)產(chǎn)生的廢水不但污染物濃度高、色度深，而且排放量大、結(jié)構(gòu)復雜 ,大多 是 不易 被 生物降解 的 。 而 其中酸性品紅是水溶性酸性染料 的代表，其結(jié)構(gòu)中含有對生物呈強抑制作用的苯環(huán)，并且為高共輛分子體系，很難采用生物化學方法降解成小分子 [2]。 因此 ， 印染廢水的處理一直 以來都作為環(huán)境科學 的研究重點。 在傳統(tǒng)吸附劑中，活性炭為 其 主要 的 一種，對染料具有良好的吸附性能，但由于不易再生且價格昂貴，使得處理印染廢水 的 成本太高。而農(nóng)作物廢棄物如果殼、秸稈、蔗渣、玉米芯 和 花生殼 等 含有 比較 豐富的纖維素。纖維素 包含有許多優(yōu)點，例如其 分子內(nèi)含有大量親水羥基 ，該羥基擁有比表面積大 和 多孔性的特點 ，太原工業(yè)學院畢業(yè)論文 2 使這類農(nóng)作廢棄物擁 有 很好 的吸附性。 而 纖維素 又 作為天然高分子材料 的一種，在 自然界中 擁有巨大的 儲存量 。同時，纖維素還 具有 價格低 廉 且容 易 獲得，容易被微生物降解， 不會 給周圍環(huán)境造成 二次污染的特點。而且農(nóng)作廢棄物可以作為吸附材料的種類 非常 豐富，花生殼就是其中一種。花生 在 我國 作為 主要經(jīng)濟作物和主要油料作物， 花生總質(zhì)量的 1/3 都是那些廢棄的花生殼 ， 而花生殼里面有75%~80%都是纖維素 。而通過 使用高錳酸鉀 對花生殼進行改性后，使 得 花生殼的表面增加 更 多的孔隙和通道， 把 原來的纖維素連接打斷， 讓 花生殼表 面上的纖維素 暴露出更多的化學鍵，這使得花生殼比表面積增大，并且有利于花生殼上的有效吸附位點與溶液 中酸性品紅的接觸和新官能團的接入。同時 ，在改性時還 打斷了花生殼 中 纖維素 里的 β1,4糖苷鍵， 它主要是鏈接葡萄糖分子的化學鍵，并破壞了部分纖維素上的葡萄糖基中的分子環(huán)， 而 在打斷的化學鍵上連接了更多的羥基，可能還含有其他的官能團，這大大提高了花生殼對酸性品紅的吸附性能，增加了改性花生殼的吸附容量。 有其他的研究發(fā)現(xiàn) ， 花生殼 通過 高錳酸鉀改性后， 能讓其 等電點 減 小、比表面積變大 和 含氧官能團更加豐富 ，同時也能使高錳酸鉀氧化生產(chǎn)二氧化錳聚集在花生殼的表面 ，讓 花生殼的吸附性能更好。因此，本研究能為花生殼在廢水處理方面的 運用提供實際依據(jù)。 國內(nèi)外研究進展 印染廢水 是一種有機廢水，含有致突變、致癌、致畸的化合物 ， 它的特點是COD 和 BOD 的變化大，色度大，難生物降解等 。 在目前，則是公認的一種難處理的工業(yè)廢水 。其中酸性品紅是一種三苯甲焼染料 ,分子式見圖 [3]。 圖 酸性品紅分子式 因為 酸性品紅 會在 溶液中電離出 Na+,所以 本身 變成 帶負電荷的陰離子 ,因此被稱做 酸性染色劑。 酸性品紅 主要 應(yīng)用在 生物染色劑 、 鑒定氯離子 等。 在醫(yī)院、太原工業(yè)學院畢業(yè)論文 3 石油化工、生物化學 等行業(yè)都 有 廣泛的應(yīng)用。酸性品紅 的特點是 有較強的染色 性能 和 具有 毒性 ,分子里 含有對生物 起到 強抑制的苯環(huán) 結(jié)構(gòu) ,在 降解 時會面臨一定的困難 [4]。目前對其在廢水中的去除的研究較少 ,主要集中在光催化氧化、電催化降解和吸附方面。徐蕾等 [5]采用高壓萊燈為燈源 ,考察了 H2O2與 UV/Ti02協(xié)同體系對酸性品紅的降解效果 ,在初始 pH 為 7, Ti02用量為 ,降解效果較好。并且發(fā)現(xiàn)當 pH〉 8 時 ,酸性品紅溶液會發(fā)生褪色現(xiàn)象； Hoffmann 等 [6]用納米級的 Ti02對酸性品紅進行光催化氧化降解 ,結(jié)果表明 ,在用量為 ,3h 后降解率可達 95%。孫潤錄等 [7]的實驗結(jié)果表明，通電降解會 使酸性品紅在電場的作用下遷移到陰極附近 ,在達到 一定 的 濃度后去除 ,會 取得了較好的效果 。湯敏等[8]和 Ayarif 等 [9]都 用鈉基膨潤土對酸性品紅進行過吸附實驗 ,發(fā)現(xiàn)酸性品紅在常溫條件下能自發(fā)進行吸附 ,且隨著溫度的升高 ,吸附量有變大的趨勢。葉琳、白雪和陳宏 [10]表明改性豆渣對酸性品紅的吸附既存在物理吸附又存在化學吸附，豆渣對酸性品紅的吸附反應(yīng)是自發(fā)進行的，是吸熱反應(yīng)，是熵增加的過程。 總體來講 ,以上所敘述的 對 里面 含酸性品紅 的 廢水的處理 方法 ,都取得了 階段性 的成果。但不管 是 電 催化還是 光 催化降解 ,都需要消耗大量的能量 ,且 在操作上也具有一定的難度 。鈉基膨潤土 作為 吸附 劑 也存在著 或多或少的問題，比如制備時就存在難度 。因此 ,尋求一種 無污染 、 操作方便 、 低廉 、 高校 的吸附劑是當前研究人員 重點關(guān)注的問題 。在 這前提下 ,使用生物質(zhì)類材料作為吸附劑的基礎(chǔ)制備材料 ,吸附廢水中的酸性品紅
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