【正文】 方法 偶氮染料廢水的處理技術大體上可分為兩類[1]：一類是通過各種外力作用，把有害物從廢水中分離出來，稱為分離法；另一類是通過化學或生化的作用，使其轉化為無害的物質(zhì)或可分離的物質(zhì)，后者再經(jīng)過分離給予除去，稱為轉化法。時至今日，我國仍在大量生產(chǎn)禁用的一些染料品種，尤其是生產(chǎn)聯(lián)苯胺和用聯(lián)苯胺合成的染料品種，而且呈現(xiàn)有增無減之勢。 可分解芳香胺染料也就是人們常說的“禁用偶氮染料”，由可致癌芳香胺合成的染料，其毒性強過蘇丹紅，不但不溶水，而且從紡織品外觀無法分辨，只有通過技術檢驗才能發(fā)現(xiàn)，并且無法消除，通過皮膚接觸就可吸收致癌。偶氮染料由于色譜齊全、色光良好、牢度較高和幾乎能染所有纖維等，因而是最重要的一類合成染料。該實驗是對TiO2光催化技術處理偶氮染料和重金屬復合廢水的一次探索，對以后的研究和應用具有一定指導意義。該方法具有效率高，成本低，處理簡單等一系列優(yōu)點。因此，從技術可行性和經(jīng)濟高效性角度出發(fā)，研究開發(fā)一種低污染、低投資的新型工藝，處理上述廢水顯得尤為重要。如先投加化學藥劑使重金屬離子沉淀，采用氣浮技術，實現(xiàn)與水相分離，再通過物理吸附(如殼聚糖、接枝淀粉、沸石、硅藻土等)，去除重金屬離子；隨后利用微生物(如活性污泥法、生物膜法等)降解廢水中有機物質(zhì)。因此如何處理這些物質(zhì)，減少其對環(huán)境的污染，已引起了環(huán)境工作者的廣泛關注。一旦被排放到自然環(huán)境中，將極大地破壞生態(tài)平衡系統(tǒng)，并使各種微生物、植物、動物類群無法正常生存。重金屬有機廢水是典型的復合污染廢水，其主要來源于工業(yè)鞣革、顏料生產(chǎn)、家電制造、汽車電泳磷化、電鍍和一些固體廢渣的洗滌過程等。目 錄緒 論 11. 研究進展 2 偶氮染料污染概況 2 偶氮染料污染來源及危害 2 偶氮染料廢水常用處理方法 2 水體中重金屬離子污染概況 3 水體中重金屬離子來源及危害 3 水體中重金屬離子的主要治理方法 3 重金屬有機廢水的治理技術概況 4 傳統(tǒng)處理工藝 4 傳統(tǒng)工藝弊端 4 二氧化鈦光催化技術研究 4 半導體能帶理論 4 2 二氧化鈦光催化的影響因素 5 環(huán)糊精在環(huán)境治理中的應用 6 環(huán)糊精的結構和性質(zhì) 7 環(huán)糊精的應用研究進展 7 環(huán)糊精的改性 8 改性方法 8 羧甲基b環(huán)糊精 82. 實驗方法和研究內(nèi)容 10 實驗方法 10 實驗試劑 10 羧甲基β環(huán)糊精的制備 10 實驗儀器 10 實驗過程 10 研究內(nèi)容 113. CMCD作用下酸性紅R光催化降解 12 酸性紅R最大吸收波長的確定 12 標準吸收曲線 12 CMCD包結前后酸性紅R的紫外可見吸收光譜 13 實驗結果與討論 13 CMCD包結作用對光催化降解的影響 13 TiO2投加量的影響 14 CMCD初始濃度的影響 14 酸性紅R初始濃度對光降解的影響 15 反應氣氛對光催化降解的影響 16 光催化降解反應動力學 164. CMCD作用下Pb2+的光催化還原 19 CMCD配位作用前后Pb2+的紫外可見吸收光譜 19 實驗結果與討論 19 CMCD配位作用對Pb2+光催化還原的影響 19 TiO2投加量的影響 20 CMCD濃度的影響 20 Pb2+初始濃度對光催化還原的影響 21 光催化還原反應動力學 215. CMCD作用下復合廢水中污染物的光催化還原行為 23 復合廢水中CMCD包結作用下ARR的光催化降解行為 23 CMCD包結作用對ARR光催化降解的影響 23 TiO2投加量對ARR光降解的影響 23 CMCD濃度對ARR光催化降解影響 24 ARR初始濃度對ARR光降解的影響 24 Pb2+初始濃度對ARR光降解的影響 25 反應氣氛對ARR光催化降解的影響 26 ARR光催化降解反應動力學 26 CMCD配位作用對復合廢水中Pb2+的光催化還原 28 復合廢水中CMCD配位作用下Pb2+光催化還原行為 28 TiO2投加量對Pb2+光催化還原的影響 28 CMCD濃度對Pb2+光催化還原的影響 29 Pb2+初始濃度對復合廢水中Pb2+光催化還原的影響 29 ARR初始濃度對Pb2+光催化還原的影響 30 Pb2+光催化還原反應動力學 30結 論 32致 謝 33參考文獻 34 緒 論 隨著工業(yè)化的發(fā)展，環(huán)境問題也日益突出。工業(yè)廢水不僅其排放量日益增大，且污染物質(zhì)也日趨復雜。共同的特征是不但富含多種重金屬離子，還含有多種有機污染物，BOD、COD值嚴重偏高。偶氮染料和重金屬的復合廢水主要來源于顏料生產(chǎn)，其化學性質(zhì)穩(wěn)定，可生化性差，成分復雜，是公認的難治理的高濃度重金屬有機廢水。 目前治理重金屬有機廢水普遍采用先去除重金屬，再處理有機物的方法。但傳統(tǒng)工藝已不能滿足當前日益嚴峻的水污染形勢，并且存在許多弊端，如帶來二次污染、設備投資較高、操作費用驚人等。本文以偶氮染料和重金屬的復合廢水為研究對象，運用TiO2光催化技術，在羧甲基β環(huán)糊精（CMCD）強化作用下處理有機物和重金屬。實驗先在CMCD強化作用下對偶氮染料（酸性紅R）和重金屬（Pb2+）分別單獨進行單一污染物的光催化還原研究，然后在此基礎上研究復合廢水光催化還原的影響因素及兩種污染物的相互作用，得出一定規(guī)律。1. 研究進展 偶氮染料污染概況 偶氮染料污染來源及危害 在染料分子結構中，凡是含有偶氮基（－N＝N－）的染料統(tǒng)稱為偶氮染料，其中偶氮基常與一個或多個芳香環(huán)系統(tǒng)相連構成一個共軛體系而作為染料的發(fā)色體，幾乎分布于所有的顏色，廣泛用于紡織品、皮革制品等染色及印花工藝[1]。目前世界市場上三分之二左右的合成染料是以偶氮化學為基礎制成的，即約三分之二的合成染料是偶氮染料，估計有約2000個品種近60萬噸年產(chǎn)量。這些用受禁偶氮染料染色的服裝或其他消費品與人體皮膚長期接觸后，會與代謝過程中釋放的成分混合，并產(chǎn)生還原反應，形成致癌的芳香胺化合物，這種化合物會被人體吸收，從而造成紅斑、腫、水皰、丘疹、爛、流水等皮炎癥狀，處理不當還可能引發(fā)細菌感染，并激發(fā)感染、膿包、化膿等，其經(jīng)過一系列活化作用使人體細胞的DNA發(fā)生結構與功能的變化，成為人體病變的誘因。受影響的消費品包括：成衣、家居布料、椅蓋、兒童座椅、皮革衣服、絲襪、鞋類、皮帶、床鋪、面具、假發(fā)、假眼睫毛、手鐲、表帶、眼鏡框、耳筒、繃帶、運動用品之蓋面、衛(wèi)生用品等。分離法包括吸附法、絮凝沉淀法、氣浮法、萃取法、離子交換法、電解法、電滲析法、超濾法、磁分離法等?；瘜W轉化法有中和法、氧化還原法、化學沉淀法和電化學法。目前工業(yè)上常用的方法有絮凝沉淀法、氣浮法、吸附法、電解法、離子交換法、化學氧化法、生物法等。如電鍍、化工、染料、紡織、電池、煉油等行業(yè)。例如染料行業(yè)排放的廢水含有鉛、銅等；陶瓷行業(yè)排放的廢水含有鉻等；墨水制造業(yè)排放的廢水含有鉛、銅、鎳、汞等；照相行業(yè)排放的廢水含有銀、鉛、銅、鉻等；造紙行業(yè)排放的廢水含有鉻、汞、銅、鎳等；制藥行業(yè)排放的廢水含有銅、鐵、汞、錫等；肥料行業(yè)排放的廢水含有汞、鉻、鉛、銅、鎳等；氯堿制造業(yè)排放的廢水含有鉛、銅、錫等；涂料行業(yè)排放的廢水含有鉛、鋅、鉻等；玻璃行業(yè)排放的廢水含有鋁、鉛、鎳、鋇等；紡織行業(yè)排放的廢水含有汞、鉻、鉛、鎳等。 鉛污染是水體重金屬污染的重要一種，鉛能與體內(nèi)一系列蛋白質(zhì)、酶、氨基酸中的官能團結合，干擾人體許多方面的生化和生理活動，因此鉛及其化合物對人體的很多系統(tǒng)都有毒性作用。鉛中毒引起的血液系統(tǒng)的癥狀，主要是貧血和鉛溶。 水體中重金屬離子的主要治理方法 廢水中的重金屬是各種常用方法不能分解破壞的，而只能轉移它們的存在位置和轉變它們的物理和化學形態(tài)。 重金屬廢水處理方法大體可分為物理法、化學法和生物法。 重金屬有機廢水的治理技術概況 傳統(tǒng)處理工藝 對于處理重金屬有機廢水，傳統(tǒng)處理工藝一般分兩步進行：首先去除重金屬離子，主要方法有[3]： (1)投加化學藥劑使其沉淀； (2)采用氣浮技術，實現(xiàn)與水相分離； (3)物理吸附(如殼聚糖、接枝淀粉、沸石、硅藻土等)，去除重金屬離子。 傳統(tǒng)工藝弊端 治理重金屬有機廢水的傳統(tǒng)工藝已不能滿足當前日益嚴峻的水污染形勢，并且存在許多弊端[4]： (1)加入化學試劑，既增加處理費用，又造成二次污染，并向廢水中帶入新的污染物；氣浮法要通入大量空氣，故設備投資和操作費用都大大增加；物理吸附法則需定期更換吸附劑，并存在如何回收重金屬元素等問題；而電解法一般用于處理重金屬離子濃度相對較高的廢水； (2)去除重金屬和降解有機物分兩步進行，需由兩個處理裝置來完成，故設備投資相對較高，操作復雜且費用也相應增加。研究發(fā)現(xiàn)，利用半導體光催化法能夠有效地降解甚至礦化水和空氣中的各種有機污染物，例如鹵代烴、鹵代芳烴、有機酸類、染料、硝基芳烴、多環(huán)芳烴、雜環(huán)化合物、烴類、酚類、表面活性劑、農(nóng)藥等，能夠有效地將無機污染物轉化成無毒的物質(zhì)，例如可以去除廢水中有毒重金屬離子如Cr6+，Pb2+，Hg2+，Ag+，Cu2+，Au3+等，也可以將氰化物、亞硝酸鹽、硫氛酸鹽等轉化成無毒的形式；還可以應用于抗菌、除臭、空氣凈化、自潔凈材料以及殺死癌細胞等。 半導體能帶理論 根據(jù)固體能帶理論，固體是一個大分子，由許多原子或分子在空間以一定的方式排列而成。這些軌道能級彼此非常接近，可以看成是連續(xù)的能帶。價帶中最高能級與導帶中的最低能級之間的能量差叫禁帶寬度(簡寫為Eg)。半導體受激發(fā)產(chǎn)生的電子/空穴對(e?/h+)可以在體相或表面復合放出熱能，也可以與半導體表面的物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應。 不同半導體的光生電子/空穴對具有不同的氧化還原能力。其反應機理[7]如下： 2 二氧化鈦光催化的影響因素 在TiO2光催化氧化處理偶氮染料重金屬復合廢水體系中，影響光催化氧化的因素有TiO2晶格類型及其加入量、廢水中污染物初始濃度、溶液pH、光源和催化劑的形態(tài)。有晶格缺陷的銳鈦礦型TiO2能使吸附活性 催化劑加入量影響污染物的處理效果，在反應初始階段，反應速率隨催化劑加入量的增加迅速上升，然后上升幅度減緩，直到反應速率與加入量無關。 （2）污染物初始濃度 根據(jù)光催化還原機制，催化劑表面上光生電子和空穴的復合可以在小于內(nèi)完成，但載流子被俘獲的速率相對較慢，通常需要108~107，所以只有吸附在催化劑表面的污染物才有可能獲得高活性的電子和空穴發(fā)生反應，即污染物必須首先吸附在催化劑的表面才具有競爭性。由于TiO2用量固定，TiO2的活性中心數(shù)量有限，若底物濃度過大，光催化氧化所產(chǎn)生TiO2的活性中心較少或被中間產(chǎn)物占據(jù)，導致活性部位相對減少，可造成反應速率降低或光催化劑失活。孟耀斌等研究了不同波段紫外光對TiO2光催化氧化處理染料廢水活性的影響；結果表明，使用短波長紫外光作光催化氧化處理的光源可提高能量的利用效率。但催化劑的粉末極小，在水溶液中易凝聚，需不停地攪拌，且難以分離回收，易流失，于是人們開始轉向在基質(zhì)上做成膜或以微粒狀吸附于載體上的固定相催化劑的研究[10]。 環(huán)糊精在環(huán)境治理中的應用 環(huán)糊精的基礎研究早在30年代開始，并證實了環(huán)糊精能形成包埋復合物，但直到二十世紀五十年代環(huán)糊精包埋復合物的研究才趨于成熟，并且發(fā)現(xiàn)環(huán)糊精在一些反應中具有催化作用。目前，日本在環(huán)糊精生產(chǎn)與應用方面居世界領先水平，是環(huán)糊精的最大出口國，我國也是其進口國之一。 環(huán)糊精的結構和性質(zhì)作為第二代超分子主體化合物的代表，環(huán)糊精(Cyclodextrin，CD)是一類由D吡喃葡萄糖單元通過a1，4糖苷鍵首尾相連形成的大環(huán)化合