壳聚糖负载硅藻土对直接大红溶液吸附性能研究.doc

安徽工程大学毕业设计（论文） I 壳聚糖负载硅藻土对直接大红溶液吸附性能研究壳聚糖负载硅藻土对直接大红溶液吸附性能研究 姓名 班级 学号 （某某大学某某学院 地点 邮编） 摘摘 要要 本文研究了壳聚糖负载硅藻土对模拟印染废水直接大红溶液的吸附性能。分别探 讨了壳聚糖负载硅藻土量、染料浓度、介质的 pH 值、吸附温度及吸附时间对吸附性能 的影响，最终得到了壳聚糖负载硅藻土对模拟染料废水直接大红溶液的最佳吸附条件。 结果表明：对于一定浓度的直接大红溶液，随着壳聚糖负载硅藻土用量的增加，对直 接大红溶液的吸附量逐渐增强，在负载硅藻土用量为 0.03g 左右效果较好；介质的 pH 值在 3 的条件下，负载硅藻土对直接大红吸附性能较好；随着吸附时间的增长，吸附 量不断增大最后达到平衡值，在 180min 左右达到平衡；温度对吸附性能影响较小，在 45时吸附性能相对较好；负载硅藻土的吸附量随染料浓度的增大逐渐增大。结论： 壳聚糖负载硅藻土用量在 0.03g 左右，pH 值在 3 条件下，时间在 180min 左右，温度在 45时有很好的吸附性能。吸附量分别为： 34.55mg/g，39.25mg/g，32.24mg/g，34.43mg/g。 关键词关键词：壳聚糖；硅藻土；壳聚糖负载硅藻土；直接大红溶液；吸附；分光光度法 壳聚糖负载硅藻土对直接大红溶液吸附性能研究 II The study of the adsorption behavior of Chitosan loaded diatomite for direct scarlet solution (XX XX XX) Abstract This paper studies the absorption performance of Chitosan loaded diatomite on simulated dyeing wastewater direct scarlet solution and discusses the effects of Chitosan loaded diatomite dosage, medium pH values, adsorption temperature, adsorption time, and dye concentration on the adsorption properties. The study finally got the best adsorption conditions of activated Chitosan loaded diatomite on simulated wastewater direct scarlet solution. The results showed that: For a certain concentration of active direct scarlet solution, with the increasing amount of Chitosan loaded diatomite, the adsorption of Chitosan loaded diatomite on the activity of direct scarlet solution gradually enhanced. The best dosage of Chitosan loaded diatomite was 0.03g. pH value in the 3 acidic condition, activity of Chitosan loaded diatomite on direct scarlet solution has better solution adsorption. With the increase of adsorption time, adsorption grew to equilibrium value. Under normal circumstances, a balance achieved in 180 minutes; Temperature has little effects on adsorption, the relatively good temperature of adsorption is 45. Conclusion: the dosage of 0.03g or so of Chitosan loaded diatomite, pH conditions in the 3, in 180 minutes, the temperature at 45, has a good adsorption. Adsorption capacities are as follows:34.55mg/g,39.25mg/g,32.24mg/g,34.43mg/g. Keywords：Chitosan; diatomite; Chitosan loaded diatomite; direct scarlet solution; adsorption; spectrophotometry 安徽工程大学毕业设计（论文） III 目目 录录 引引 言言- 1 - 第第 1 章章 概概 述述- 2 - 1.1 硅藻土与壳聚糖的基本性质- 2 - 1.1.1 硅藻土的物理性质.- 2 - 1.1.2 硅藻土的化学性质.- 2 - 1.1.2.1 硅藻土的吸附性质 - 2 - 1.1.3 壳聚糖的性质.- 3 - 1.2 我国印染废水情况- 3 - 1.2.1 利用微生物新陈代谢作用去除废水中的有机物的生物方法.- 3 - 1.2.1.1 好氧生物处理 - 3 - 1.2.1.2 厌氧生物处理 - 3 - 1.2.1.3 好氧-厌氧生物处理- 4 - 1.2.2 基于胶体化学理论，采用混凝手段的化学方法.- 4 - 1.2.2.1 混凝法 - 4 - 1.2.2.2 高级氧化法 - 4 - 1.2.2.3 电化学方法 - 4 - 1.2.3 天然矿物质多孔材料吸附和膜分离技术的物理方法.- 4 - 1.2.3.1 .膜分离法 - 4 - 1.2.3.2 吸附法 - 4 - 1.3 硅藻土在纺织印染业的主要应用- 4 - 1.4 硅藻土废水处理存在问题及发展趋势- 5 - 1.4.1 存在问题.- 5 - 1.4.2 发展趋势.- 5 - 第第 2 章章 实验部分实验部分- 6 - 2.1 主要实验试剂- 6 - 2.2 主要实验仪器- 6 - 2.3 实验原理- 6 - 2.3.1 722N 可见分光光度计的测量原理- 6 - 2.3.2 硅藻土吸附直接大红溶液的原理.- 6 - 2.3.2.1 硅藻土吸附直接大红溶液的吸附量计算 - 6 - 2.4 实验内容- 6 - 2.4.1 壳聚糖负载硅藻土的制备.- 6 - 2.4.2 直接大红原始溶液的配制.- 6 - 2.4.3 实验方法.- 7 - 2.4.3.1 最大吸收波长的选取 - 7 - 2.4.3.2 工作曲线的绘制 - 7 - 2.4.3.3 壳聚糖吸附直接大红溶液 .- 7 - 2.4.3.4 负载前后的硅藻土吸附直接大红溶液 - 7 - 壳聚糖负载硅藻土对直接大红溶液吸附性能研究 IV 第第 3 章章 结果与讨论结果与讨论- 9 - 3.1 分光光度法测定直接大红溶液- 9 - 3.1.1 最大波长的选取.- 9 - 3.1.2 标准曲线的绘制.- 10 - 3.2 壳聚糖吸附性能的研究- 11 - 3.2.1 时间对壳聚糖吸附性能的影响.- 11 - 3.2.2 温度对壳聚糖吸附性能的影响- 12 - 3.2.3 染料浓度对壳聚糖吸附性能的影响.- 13 - 3.2.4 壳聚糖量对壳聚糖吸附性能的影响.- 14 - 3.2.5 介质 pH 对壳聚糖吸附性能的影响- 15 - 3.3 负载前后硅藻土吸附性能的研究- 16 - 3.3.1 时间对负载前后硅藻土吸附性能的影响.- 16 - 3.3.1.1 负载前 - 16 - 3.3.1.2 负载后 - 17 - 3.3.2 温度对负载前后硅藻土吸附性能的影响- 18 - 3.3.2.1 负载前 - 18 - 3.3.3 染料浓度对负载前后硅藻土吸附性能的影响.- 20 - 3.3.3.1 负载前 - 20 - 3.3.3.2 负载后 - 20 - 3.3.4 负载前后硅藻土量对负载前后硅藻土吸附性能的影响.- 21 - 3.3.4.1 负载前 - 21 - 3.3.4.2 负载后 - 22 - 3.3.5 介质 pH 对负载前后硅藻土吸附性能的影响- 23 - 3.3.5.1 负载前 - 23 - 3.3.5.2 负载后 - 23 - 结论与展望结论与展望- 25 - 致谢致谢- 26 - 参考文献参考文献- 27 - 安徽工程大学毕业设计（论文） V 插图清单插图清单 图 3-1 直接大红在不同波长下的吸光度- 10 - 图 3-2 直接大红在不同浓度下的吸光度- 11 - 图 3-3 时间对壳聚糖吸附效果的影响- 12 - 图 3-4 温度与壳聚糖吸附量的关系- 13 - 图 3-5 染料浓度与壳聚糖吸附量的关系- 14 - 图 3-6 壳聚糖量与壳聚糖吸附量的关系- 15 - 图 3-7 介质 pH 值与壳聚糖吸附量的关系.- 16 - 图 3-8 负载前时间与吸附量之间的关系- 17 - 图 3-9 负载后时间与吸附量之间的关系- 18 - 图 3-10 负载前温度与吸附量之间的关系- 19 - 图 3-11 负载后温度与吸附量之间的关系- 19 - 图 3-12 负载前染料浓度与吸附量之间的关系- 20 - 图 3-13 负载后染料浓度与吸附量之间的关系- 21 - 图 3-14 负载后硅藻土量与吸附量之间的关系- 22 - 图 3-15 负载后硅藻土量与吸附量之间的关系- 22 - 图 3-16 负载前 pH 值与吸附量之间的关系.- 23 - 图 3-17 负载后 pH 值与吸附量之间的关系.- 24 - 壳聚糖负载硅藻土对直接大红溶液吸附性能研究 VI 表格清单表格清单 表 3-1 直接大红在不同波长下的吸光度 - 9 - 表 3-2 直接大红在不同浓度下的吸光度 - 10 - 表 3-3 时间对壳聚糖吸附效果的影响 - 11 - 表 3-4 温度对壳聚糖吸附效果的影响 - 12 - 表 3-5 染料浓度对壳聚糖吸附效果的影响 - 13 - 表 3-6 壳聚糖量对壳聚糖吸附性能的影响 - 14 - 表 3-7 介质 pH 对壳聚糖吸附性能的影响 .- 15 - 表 3-8 负载前时间对吸附性能的影响 - 16 - 表 3-9 负载后时间对吸附性能的影响- 17 - 表 3-10 负载前温度对吸附性能的影响- 18 - 表 3-11 负载后温度对吸附性能的影响- 19 - 表 3-12 负载前染料浓度对吸附性能的影响- 20 - 表 3-13 负载后染料浓度对吸附性能的影响- 20 - 表 3-14 负载前硅藻土量对吸附效果的影响- 21 - 表 3-15 负载后硅藻土量对吸附效果的影响- 22 - 表 3-16 负载前 pH 对吸附性能的影响.- 23 - 表 3-17 负载后 pH 值对吸附性能的影响.- 23 - 安徽工程大学毕业设计（论文） - 1 - 引引 言言 日益严重的印染废水污染已经成为制约我国经济建设和影响人民生活的显著问题， 因此得到人们的普遍关注，染料废水由于其高化学需氧量、高色度、有机成分复杂1-3、 微生物降解程度低等诸多特点，一直是工业废水处理中的一大难题。治理染料废水行 之有效的途径是先通过物理化学方法进行预处理脱色，去除生物毒性大、色度高的染 料分子，提高废水的可生化性，然后通过后续生化处理，达到综合治理的目的。其中 作为染料废水预处理的物理化学处理是十分关键的。在物理处理法中应用最多的是吸 附法，目前工业上使用较多的吸附剂是粒状活性炭、活性硅藻土和树脂。研究表明， 活性炭是大部分染料的最好吸附剂，但其再生困难，使用成本高。美国、日本等发达 国家已经开始研究利用粘土作为絮凝剂进行污染废水的净化处理4-5，达到了高效而经 济地消除印染废水的污染。而我国仍采用无机盐及无机高分子絮凝剂等传统方法进行 处理，这些方法在一定程度上对解决我国现实印染废水污染问题上与世界前沿的发展 水平很难同步6。硅藻土性能稳定，具有耐酸、孔容大、孔径大、比面积大、吸附性强,能 吸附自身质量1.54倍的液体、吸附自身质量1115倍的油等性质7。已在环境、化工、 石油、建材等许多工业部门作为助滤剂、吸附剂、充填剂、催化剂载体、磨料增强剂 和动物饲料补充剂等得到了广泛应用8。壳聚糖分子中存在大量的游离氨基和羟基，可 以有效去除废水中的过渡金属和有机物9-10，但机械性能不稳定在很大程度上限制了其 使用。为此，本文将壳聚糖分子链引入到硅藻土的层间，这样既可以产生结构正电荷， 保证吸附能力，又弥补了硅藻土自身的缺陷。研究表明，制得的壳聚糖负载硅藻土具 有吸附容量大、制备方便、无污染等优点。 壳聚糖负载硅藻土对直接大红溶液吸附性能研究 - 2 - 第第 1 章章 概概 述述 1.1 硅藻土与壳聚糖的基本性质 1.1.1 硅藻土的物理性质 硅藻土是一种硅质岩石，主要分布在中国、美国、丹麦、法国、苏联、罗马尼亚 等国。是一种生物成因的硅质沉积岩，它主要由古代硅藻的遗骸所组成。其化学成分 以 SiO2为主，还有少量的 Al2O3 、Fe2O3 、CaO、MgO 等。可用 SiO2nH2O 表示， 矿物成分为蛋白石及其变种。我国硅藻土储量 3.2 亿吨，远景储量达 20 多亿吨，主要 集中在华东及东北地区，其中规模较大，工作做得较多的有吉林、浙江、云南、山东、 四川等省，分布虽广，但优质土仅集中于吉林长白、云南两地区，其他矿床大多数为 34 级土，由于杂质含量高，不能直接深加工利用。 硅藻土的外型为块状或页岩状，颜色为白色、浅黄色、浅灰色、灰绿色、暗绿色 及蓝灰色等，硅藻含量越大、杂质越少，则颜色愈白，质愈轻，密度 1.92.3g/cm，堆 密度 0.340.65g/ cm，比表面积 4065m/g，孔体积 0.450.98m，吸水率是自身体积 的 24 倍，熔点 16501750，在电子显微镜下可以观察到特殊多孔的构造。其比 重一般为 0.40.9。质软而轻，多孔，易磨成粉末，硅藻颗粒细小约为 0.0010.5mm，使硅藻土细腻、润滑。由于硅藻体具有很多的壳体孔洞，使硅藻土具 有多孔质构造，孔隙度达 9092，吸水性强。硅藻土不溶于 HCl、H2SO4和 HNO3，但 溶于 HF 和 KOH。是热、声和电的不良导体，因此可作为轻质、尽缘、隔音的建筑材 料。由于硅藻土具有很多独特的物化性能，因而在产业上用途较广，它是理想的过滤 介质、化工催化剂辅助物或载体、优质隔热保温材料、陶瓷原料、建筑材料，以及塑 料、橡胶、油漆、制皂、制药等产业的优良填料。还可用做填料、吸附剂、洗涤剂、 金属的檫光剂和用以制造水玻璃等。 1.1.2 硅藻土的化学性质 化学成份主要是 SiO2，含有少量 Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5 和有机质。SiO2通常占 80%以上，最高可达 94%11。 1.1.2.1 硅藻土的吸附性质 藻土在废水中的应用研究，主要是利用硅藻土孔容大、孔径大、比面积大、吸附 性强的性能，除去废水中的离子、色度、COD、BOD5 等。硅藻壳体具有大量的、有 序排列的孔隙，使硅藻土具有了比较大的比表面积, 其比表面积约为 3.1 60mg/g，孔 隙数量约为 2 2. 5 亿个/g。硅藻土表面、孔隙内表面分布有大量的硅羟基，硅羟基在 水溶液中离解出 H+，使其颗粒带有一定的负电荷。由于硅藻土表面具有负电性，所以 对于带正电荷的污染物来说，可通过电中和使胶体脱稳；但对带负电的胶体颗粒只能 起到压缩双电层的作用，无法使其脱稳，从而无法得到比较好的去除效果。所以向硅 藻土中加入适量的阳离子混凝剂，对硅藻土进行负载，就可同时实现对正、负电荷胶 体颗粒的脱稳，从而会更大程度地提高污水处理效果。 硅藻土表面带有负电性，所以对于带正电荷的胶体态污染物来说，它可实现电中 和而使胶体脱稳12。但城市生活污水或综合废水中的胶体颗粒大多是带负电的，所以 如用普通的硅藻土作为污水处理剂，只能起到压缩双电层的作用，而无法使胶体颗粒 脱稳，处理效果不佳。所以对硅藻土进行各种方式的负载，使其对带负电的胶体颗粒 也能脱稳。如采用铝、铁等带正电荷的离子对其进行表面负载，或加入其他的絮凝剂 复合制成负载硅藻土污水处理剂。硅藻土的巨大比表面、强大吸附性以及表面电性， 使得其在污水处理过程中，不但能去除颗粒态和胶体态的污染物质，还能有效地去除 安徽工程大学毕业设计（论文） - 3 - 色度和以溶解态存在的磷(导致富营养化的主要污染物之一)和金属离子等。特别是对于 含有较高工业废水比例的城市污水，其可能有较大的色度和较高浓度的金属离子，但 对于负载硅藻土处理系统来说，由于其表面带负电，能有效地吸附去除一部分带正电 荷的金属离子。 1.1.3 壳聚糖的性质 壳聚糖是甲壳素的脱乙酰化产物，又称可溶甲壳素、壳多糖、甲壳胺，是一种天 然生物高分子聚合物，白色结晶性粉末。有很强的吸湿性，仅次于甘油、高于聚乙二 醇、山梨醇。在吸湿过程中，分子中的羟基、胺基等极性基团与水分子作用而水合， 分子链逐渐膨胀，随着 pH 值的变化，分子链从球状胶束变成线状。具有很好成膜性、 透气性和生物相容性，且可生物降解。 壳聚糖是白色无定形、半透明、略有珍珠光泽的固体，因原料不同和制备方法不 同，分子量也从数十万到数百万不等，不溶于水和碱溶液，可溶于稀的盐酸、硝酸的 无机酸和大多数的有机酸，不溶于稀的硫酸、磷酸。 壳聚糖是一种天然高分子聚合物，属于氨基多糖，学名为(1-4)-2-乙酰氨基-2-脱氧 -D-葡萄糖，分子式为(C8H13NO5)n。 1.2 我国印染废水情况 纺织印染行业排放的印染废水是我国工业系统中重点污染源之一，据国家环保总 局统计，印染行业排放的印染废水总量位于全国各工业部门排放的总量第五位。2004 年，全行业排水量 13.6 亿立方，而其污染物排放总量(以 COD 计)则位于各工业部门第 六位。印染废水属于含有一定量难生物降解物质的有机性废水。其污染物浓度高(COD)， 色度深，是难处理的工业废水之一。 据有关资料，印染废水中退浆废水造成的污染约占纺织品湿加工整理废水总量的 50%，退浆废水中大量的污染物来源于浆纱过程中所用的浆料。退浆废水中主要的污 染物 PVA 及一些助剂，根据实测资料，天然浆料的退浆废水 COD 为 10g/l- 20g/l，BOD 为 5-10g/l，属易生化的高浓度有机废水，pH 值一般在 9 左右，对于合成 浆料(PVA)的退浆废水 COD 介于 10-40g/l 之间，BOD 在 5000mg/l-1000mg/l 之间，pH 值一般在 6 左右属于难生化的高浓度有机废水。因此，含 PVA 的废水排入水体后，在 环境中大量积累，使水体表面泡沫增多，粘度加大，影响好氧微生物的活动，从而造 成了严重的环境问题。 处理印染废水常用的方法大致分为三种： 1.2.1 利用微生物新陈代谢作用去除废水中的有机物的生物方法 1.2.1.1 好氧生物处理 活性污泥法在处理印染废水中应用最为普遍，这是因为活性污泥法具有可分解大 量有机物、能去除部分色素、可调节 pH 值、运转效率高且费用低等优点。活性污泥法 的 BOD 去除率一般可达到 80-90，COD 去除率一般可达到 40-60，脱色能力 为 30-50。由于常规活性污泥法对色度的去除往往不够理想且 COD 去除不高。因 此，目前印染废水处理中，大多采用活性污泥处理的改进工艺。 1.2.1.2 厌氧生物处理 厌氧法具有应用范围广、能耗低、有机负荷高、剩余污泥量少和脱水性良好的特 点。由于厌氧法能够把难降解的大分子有机物分解成小分子有机物现在采用不同措施 改善此工艺，取得了一定成果李亚新等设计的厌氧生物滤池实验取得了较好效果，可 使 COD 去除率达到 70-86，色度去除率为 60-84，且出水水质稳定。但是，单 一的厌氧处理运行周期比较长，而且往往很难达到排放标准，特别是在气味和色度上， 壳聚糖负载硅藻土对直接大红溶液吸附性能研究 - 4 - 还需进一步处理。 1.2.1.3 好氧-厌氧生物处理 在印染废水处理中，好氧-厌氧工艺得到了深入的研究和应用。即在好氧处理前先 进行厌氧处理，在兼性微生物的作用下。使印染废水中大分子有机物分解成小分子。 非溶解性有机物成溶解性物质，难生物降解物质转化为生物降解物质。 1.2.2 基于胶体化学理论，采用混凝手段的化学方法 1.2.2.1 混凝法 印染废水的混凝处理是以胶体化学的理论为依据。在混凝法中混凝剂起着主要作 用，混凝剂是一种可用来有效分离引起水污染的细小悬浮颗粒的化学药剂，它的加入 目的主要是去除直径在 10.7m-10.9m 范围内的胶体物质，胶体表面一般带有负电荷， 相互排斥呈现出布朗运动的特征，形成稳定的悬浮液。如果加入的胶体或者带有正电 荷的物质，可以中和胶体表面电荷，物理吸附力(The Van derWaals force)可以超过上述 排斥力，从而引发胶体物质的凝聚。混凝过程中使用的药剂大体可分为无机混凝剂和 有机高分子絮凝剂。 1.2.2.2 高级氧化法 近年来，国内外专家开始研究高级氧化法处理印染废水。高级氧化法是由 Glaze 等首次提出，泛指氧化过程中有大量羟基自由基参与的深度化学氧化过程。包括湿式 空气氧化法、超声波氧化法、光催化氧化法、超临界水氧化法、电化学氧化法等。根 据雷乐成等研究，Fenton 氧化，尤其是在紫外和可见光辐射下的光助 Fenton 氧化技术 处理难降解的 PVA 高分子退浆废水氧化效率有极大提高。在低浓度亚铁离子、理论双 氧水加入、中压紫外和可见光汞灯的辐射、反应时间 0.5h，溶解性有机碳去除率达 90以上。高级氧化法效果虽好，但处理费用较高，大多离实践应用还有距离，不利 于工业上的推广应用。 1.2.2.3 电化学方法 电化学法处理废水，实质上是直接或间接地利用电解作用，把水中的污染物去除 或把有毒物质转化为无毒或低毒物质，其中内电解法最广泛的是铁屑炭法。 1.2.3 天然矿物质多孔材料吸附和膜分离技术的物理方法 1.2.3.1 .膜分离法 自然界中经常存在一种物质体系即在一种流体相内或两种流体相之间有一层凝聚 相物质把流体相分隔成两部分，这一薄层物质就是所谓的膜。作为凝聚相的膜可以是 固态或是液态的，而被膜分开的流体物质可以是液态或是气态的。膜分离法的特点主 要有：膜分离法能耗低，因此又称节能技术，在膜的分离过程中不发生相变；膜分离 法的装置比较简单，操作容易且易控制。作为一种新型的水处理方法，与常规水处理 方法比，具有占地面积小，处理效率高等特点；膜分离技术不仅适用于有机物和无机 物、病毒、细菌等微粒的分离。还适用于溶液中大分子与无机盐的分离以及一些共沸 物或近沸点物系的分离。 1.2.3.2 吸附法 在物理方法中吸附脱色用的最多，即利用多孔性的固体介质，将染料分子吸附在 其表面，从而达到脱色的效果。吸附剂包括再生吸附剂如活性炭、离子交换纤维和不 可再生吸附剂如各种天然矿物 (膨润土、硅藻土)、工业废料(煤渣、粉煤灰)及天然废 料(木炭、锯屑)等。这种方法是将活性炭、粘土等多孔物质的粉末或颗粒与废水混合， 或让废水通过其颗粒状物质组成的滤床，使废水中的污染物质被吸附在多孔物质表面 上或被过滤而除去。 安徽工程大学毕业设计（论文） - 5 - 1.3 硅藻土在纺织印染业的主要应用 近年来，水污染已成为当今世界面临的一个重要问题。硅藻土特殊的层状结构使 其在废水处理方面的应用研究已取得了可喜的进展，应用范围在不断扩大。硅藻土具 有良好的离子交换能力和吸附性能，可用来去除污水中的某些污染物。但是，由于硅 藻土表面硅氧结构极强的亲水性及层间阳离子的水解，天然硅藻土吸附处理有机物的 性能极差；且由于硅藻土表面带负电荷，故天然硅藻土不能去除水中的阴离子污染物。 利用硅藻土的离子交换性能，通过与阳离子表面活性剂进行离子交换，可以改变硅藻 土的表面特性，大大拓宽硅藻土在污水处理中的应用范围。 印染、染料工业废水在我国分布广、种类多，大多数废水中有机物浓度高、色度 大，常带有苯环或萘环，具有高抗氧性、抗光性和高化学稳定性，是难处理的废水之 一。硅藻土直接用于处理印染、染料废水几乎没有效果，使用前进行转型和负载后在 这类废水处理方面才有很好的应用。冀静平、祝万鹏、孙欣13将钙基硅藻土转型为钠 基硅藻土并进行负载，应用于染料废水处理，处理效果大幅度提高，经吸附饱和处理 后的硅藻土可用于工业烧砖等，在燃烧过程中硅藻土所吸附的有机物可得到分解，减 少了二次污染。 艾菲14将硅藻土与CaCl2 无机盐制成混合物，按5g/L 的量加入印染废水，可除去 90%的染料和80%-90%的表面活性剂。 1.4 硅藻土废水处理存在问题及发展趋势 1.4.1 存在问题 15- 17 (1) 目前在水处理中所使用的硅藻土助凝剂生产成本较高。这是因为生产硅藻土助 凝剂的工艺复杂，所使用的生产原料为价格较高的优质硅藻土，相应增加水处理的成 本。 (2) 硅藻土的化学稳定性不是很理想，在处理废水时会影响到处理的效果。硅藻土 中铁、钙等有害成分含量相对较高，并以分离状态存在,所以其溶出率较高。 (3) 硅藻土在废水处理中应用的面还不是很广，对硅藻土处理废水的机理、规律和 影响因素等的研究不足。 (4) 国内对硅藻土在环保方面的研究主要集中在满足助凝剂产品的需求上，导致硅 藻土在助凝剂高纯制品的研究不足。同时受自身矿物特性的影响，矿物吸附剂的吸附 性能较低，须进一步提高。 (5) 硅藻土以及硅藻土吸附剂制品的性质、性能及性状的揭示，已跟不上要求，成 为制约硅藻土吸附剂产品质量提升的关键。 (6) 硅藻土吸附剂的使用大都是采用粉状形态，对于后期的处理不利，容易造成二 次污染。 1.4.2 发展趋势 15- 17 (1) 硅藻土助凝剂的研究方向。寻找一种既能保证过滤精度，又能提高滤速和降低 生产成本的新型硅藻土助凝剂。 (2) 原有的以酸处理为主的提纯技术越来越难以满足环保的要求，应尽快研究新的 提纯技术，减少或降低制备硅藻土助凝剂的成本。 (3) 应进一步探讨硅藻土在污水处理中的应用、机理、规律及影响因素，增强其处 理废水的能力及去除效果，满足不同类型污水处理的需要。 (4) 应加强硅藻土回收利用的方法及对污水中难降解物质处理新途径的研究，为进 一步开发硅藻土在污水处理中的应用提供理论基础。 (5) 加强硅藻土的负载方法研究。从粘土的微观结构出发，选择能增强其吸附性能 壳聚糖负载硅藻土对直接大红溶液吸附性能研究 - 6 - 的负载剂或添加剂(可以是有机物或无机物) ，采用多种手段进行多层次、多方位的负 载，尤其是提高表面活性点的强度及数量，进一步发掘吸附潜力。 (6) 硅藻土的再生方法及条件研究。如经过焙烧，既使吸附的有机物烧失，又不失 去表面活性，或者进行酸活化处理，以达到高效再利用的目的。 第第 2 章章 实验部分实验部分 2.1 主要实验试剂 硅藻土 分析纯 浙江顺孚粘土化工有限公司 壳聚糖 脱乙酰度90% 青岛金湖甲壳制品有限公司 冰醋酸 分析纯 南京化学试剂一厂 蒸馏水 一次 实验室自制 氢氧化钠 分析纯 国药集团化学试剂有限公司 盐酸 分析纯 南京化学试剂一厂 直接大红 上海永庆染料有限公司 2.2 主要实验仪器 FC-104 型电子天平 上海精密科学仪器有限公司天平仪器厂 电热恒温鼓风干燥箱 上海贺德实验设备有限公司 DZF-250 型数显恒温真空干燥箱 郑州市上街华科仪器厂 791 型磁力加热搅拌器 上海南汇电讯器材厂 B 型玻璃仪器气流烘干器 郑州市上街华科仪器厂 722N 可见分光光度计 上海精密科学仪器有限公司 SHA-C 恒温振荡器 国华企业 KQ400KDB 型超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司 80-2 离心机 金坛市荣华仪器制造有限公司 2.3 实验原理 2.3.1 722N 可见分光光度计的测量原理 吸光光度法的定量依据是朗伯-比耳定律。这个定律是由实验观察得到的。当一束 平行单色光通过液层厚度为 b 的有色溶液时，溶液吸收了光能，光的强度就要减弱。 溶液的浓度愈大，通过的液层厚度愈大，入射光愈强，测光被吸收得愈多，光强度的 减弱也愈显著。由于试验样品为模拟废水，所以该实验是直接测量模拟废水的吸光度， 不用加显色剂。它利用硅藻土吸附印染废水，使其色度变淡，所以其吸光度变小，仍 然服从朗伯-比耳定律。 朗伯-比耳定律：A=bc ：吸光系数；b：比色皿宽度；c：溶液浓度 2.3.2 硅藻土吸附直接大红溶液的原理 2.3.2.1 硅藻土吸附直接大红溶液的吸附量计算 依据工作曲线的方程，可以求出吸附后染料溶液的浓度，可得吸附量的关系式如 下： CS=V（C0-Ce）/m 式中，CS-吸附量 mg/g；V-染料溶液体积 L；C0-吸附前染料溶液浓度 mg/l；Ce 吸附 后染料溶液浓度 mg/l；m-壳聚糖的加入量 g 安徽工程大学毕业设计（论文） - 7 - 2.4 实验内容 2.4.1 壳聚糖负载硅藻土的制备 将 0.2g 壳聚糖加入到 1% (v/v)醋酸溶液中搅拌成糊状。将 5.0g 硅藻土分散到蒸馏 水中，得到 2%的硅藻土悬浮液。将上述壳聚糖溶液缓慢加入至硅藻土悬浮液中，搅拌 至糊状，在烘箱中烘干。最后用蒸馏水洗涤、过滤，烘干备用18。 2.4.2 直接大红原始溶液的配制 用分析天平称取直接大红 50.6mg，放入小烧杯中溶解转移到 1000ml 的容量瓶中， 加入蒸馏水至刻度线配制成浓度为 50.6mg/l 的直接大红溶液。 2.4.3 实验方法 2.4.3.1 最大吸收波长的选取 取少量所配溶液在 1cm 的比色皿中，大约占 2/3 左右，用蒸馏水作参比。在不同 波长下测其吸光度，最终得到最大的吸收波长。 2.4.3.2 工作曲线的绘制 分别用移液管移取 5ml、10ml、15ml、20ml、25ml 原始染料溶液，放入 50ml 的 容量瓶内，用蒸馏水分别稀释至刻度线。得到浓度为 5mg/l、10mg/l、15mg/l、20mg/l、25mg/l 的直接大红溶液，分别在最大吸收波长时， 测定各个浓度的吸光度。绘制工作曲线。 2.4.3.3 壳聚糖吸附直接大红溶液 1. 时间对壳聚糖吸附效果的影响 用移液管移取 50ml 的染料初始溶液倒入 150ml 锥形瓶中，称取 0.07g 左右的壳聚 糖放入上述锥形瓶中，最后将锥形瓶放在温度为室温的恒温振荡器中振荡，30 分钟后 取出溶液、离心、测定吸光度，记录数据。以后每 30 分钟取出测一次，直至吸光度不 变为止。 2. 温度对壳聚糖吸附性能的影响 25时，温度对吸附性能的影响： 用移液管移取 25ml 的染料初始溶液倒入 150ml 锥形瓶中，称取 0.03g 左右的壳聚 糖放入上述锥形瓶中，最后将锥形瓶放在温度为 25恒温振荡器中振荡，30 分钟后取 出溶液、离心、测定吸光度，记录数据。 35时，同 25时，将恒温振荡器温度调为 35即可。 45时，同 25时，将恒温振荡器温度调为 45即可。 55时，同 25时，将恒温振荡器温度调为 55即可。 65时，同 25时，将恒温振荡器温度调为 65即可。 3. 染料浓度对壳聚糖吸附性能的影响 分别用移液管移取 5ml、10ml、15ml、20ml、25ml 的染料初始溶液，分别放入 50ml 的容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度线，得到浓度为 5mg/l、10mg/l、15mg/l、20mg/l、25mg/l 的直接大红溶液。分别取 5 份 0.03g 左右的壳 聚糖放入上述 5 个锥形瓶中，最后将锥形瓶放在温度为室温的恒温振荡器中振荡，30 分钟后取出溶液、离心、测定其吸光度，记录数据，记录数据。 壳聚糖负载硅藻土对直接大红溶液吸附性能研究 - 8 - 4壳聚糖量对壳聚糖吸附性能的影响 用移液管移取 25ml 的染料原始溶液 5 份倒入 5 个 150mL 的锥形瓶中。用分析天 平分别称取 0.0223g、0.0308g、0.0411g、0.0511g、0.0617g 的壳聚糖，分别放入 5 个锥 形瓶中，室温下在恒温振荡器中振荡，30 分钟过后取出溶液、离心、测定其吸光度， 记录最后的数据。 5. 介质 pH 值对壳聚糖吸附性能的影响 用移液管移取 25ml 的染料原始溶液 5 份倒入 150mL 的锥形瓶中，称取 5 份 0.03g 左右的壳聚糖，分别放入 5 个锥形瓶中，用 HCl 溶液和 NaOH 溶液将 pH 分别调节为 2、4、7、8、10。室温下放置在恒温振荡器中振荡，30 分钟过后取出溶液、离心、测 定其吸光度，记录最后的数据。 2.4.3.4 负载前后的硅藻土吸附直接大红溶液 1. 时间对负载前后的硅藻土吸附效果的影响 用移液管移取 50ml 的染料初始溶液倒入 150ml 锥形瓶中，称取 0.07g 左右的负载 前的硅藻土放入上述锥形瓶中，最后将锥形瓶放在温度为室温的恒温振荡器中振荡， 30 分钟后取出溶液、离心、测定吸光度，记录数据。以后每 30 分钟取出测一次，直至 吸光度不变为止。 同等条件下，向直接大红溶液中加入负载后的硅藻土，并记录数据。 2. 温度对负载前后的硅藻土吸附性能的影响 25时，温度对吸附性能的影响： 用移液管移取 25ml 的染料初始溶液，放入 150ml 的锥形瓶中，称取 0.03g 左右的 负载前的硅藻土放入上述锥形瓶中，最后将锥形瓶放在温度为 25恒温振荡器中振荡， 30 分钟后取出溶液、离心、测定吸光度，记录数据。 同等条件下，向直接大红溶液中加入负载后的硅藻土，并记录数据。 35时，同 25时，将恒温振荡器温度调为 35即可。 45时，同 25时，将恒温振荡器温度调为 45即可。 55时，同 25时，将恒温振荡器温度调为 55即可。 65时，同 25时，将恒温振荡器温度调为 65即可。 3. 染料浓度对负载前后的硅藻土吸附性能的影响 分别用移液管移取 5ml、10ml、15ml、20ml、25ml 的染料初始溶液，分别放入 50ml 的容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度线，得到浓度为 5mg/l、10mg/l、15mg/l、20mg/l、25mg/l 的直接大红溶液。分别取 5 份 0.03g 左右的负 载前的硅藻土放入上述 5 个锥形瓶中，最后将锥形瓶放在温度为室温的恒温振荡器中 振荡，30 分钟后取出溶液、离心、测定其吸光度，记录数据。 同等条件下，向直接大红溶液中加入负载后的硅藻土，并记录数据。 4负载前后的硅藻土量对负载前后的硅藻土吸附性能的影响 用移液管移取 25ml 的染料原始溶液 5 份倒入 5 个 150mL 的锥形瓶中。用分析天 平分别称取 0.0200g、0.0308g、0.0403g、0.0514g、0.0627g 负载前的硅藻土，分别放入 5 个锥形瓶中，室温下在恒温振荡器中振荡，30 分钟过后取出溶液、离心、测定其吸 安徽工程大学毕业设计（论文） - 9 - 光度，记录最后的数据。 同等条件下，向直接大红溶液中放入负载后的硅藻土，并记录最后数据。 5. 介质 pH 值对负载前后的硅藻土吸附性能的影响 用移液管移取 25ml 的染料原始溶液 5 份倒入 150mL 的锥形瓶中，称取 5 份 0.03g 左右的负载前的硅藻土，分别放入 5 个锥形瓶中，用 HCl 溶液和 NaOH 溶液将 pH 分 别调节为 2、4、7、8、11。室温下放置在恒温振荡器中振荡，30 分钟过后取出溶液、 离心、测定其吸光度，记录最后的数据。 同等条件下，向直接大红溶液中加入负载后的硅藻土，并记录最后数据。 第第 3 章章 结果与讨论结果与讨论 3.1 分光光度法测定直接大红溶液 3.1.1 最大波长的选取 表 3-1 直接大红在不同波长下的吸光度 序号波长/nm吸光度/A 11800.053 21900.063 32000.073 42100.083 52200.091 62300.108 72400.167 82500.195 92600.228 102700.264 112800.319 122820.341 132840.382 142860.367 152880.329 162900.283 173000.245 183100.238 193200.183 壳聚糖负载硅藻土对直接大红溶液吸附性能研究 - 10 - 203300.080 160180200220240260280300320340 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 (A) (nm) 图 3-1 直接大红在不同波长下的吸光度 由图 3-1 可知，直接大红溶液在 284nm 处的吸光度最大，故取 284nm 为最大吸收 波长。以后的实验均在 284nm 处进行。 3.1.2 标准曲线的绘制 表 3-2 直接大红在不同浓度下的吸光度 序号浓度 mg/l吸光度/A 150.043 2100.070 3150.109 4200.140 5250.191 安徽工程大学毕业设计（论文） - 11 - 510152025 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 (A) (mg/l) 图 3-2 直接大红在不同浓度下的吸光度 由上图可知直接大红溶液的工作曲线方程为： Y=A+B*X 其中：A=0.0008 B=0.0073 R=0.9943 Y-吸光度；X-直接大红溶液浓度；R-线性相关系数 直接大红溶液的工作曲线本应是经过零点的直线，但由于比色皿之间存在着误差， 所有出现了修正相。为了避免更多的误差，实验时尽量使用同一种比色皿。 3.2 壳聚糖吸附性能的研究 3.2.1 时间对壳聚糖吸附性能的影响 壳聚糖质量：70.4mg 直接大红浓度：50.6mg/l 直接大红体积：50ml 表 3-3 时间对壳聚糖吸附效果的影响 时间/min吸光度/A吸附量 mg/g 300.03632.08 600.03132.57 900.02533.16 1200.02033.64 1500.01833.84 1800.01733.94 2100.01733.94 壳聚糖负载硅藻土对直接大红溶液吸附性能研究 - 12 - 20406080100120140160180200220 32.0 32.5 33.0 33.5 34.0 (mg/g) (min) 图 3-3 时间对壳聚糖吸附效果的影响 由图3-7可看出，吸附时间在120min之前，吸附量随时间增长迅速；吸附时间超过 120min后随着吸附时间的延长，吸附量增长趋势减弱；吸附时间为180min时，吸附量 达到最大，为33.94 mg/g；之后，随着吸附时间的延长，吸附量不再改变。因此，吸附 剂对直接大红的最佳吸附时间为180min。 3.2.2 温度对壳聚糖吸附性能的影响 直接大红体积：50ml 表 3-4 温度对壳聚糖吸附效果的影响 壳聚糖质量/mg温度/吸光度/A吸附量 mg/g 31.4250.03635.97 30.5350.02138.72 30.7450.01938.69 31.2550.02437.52 30.2650.04336.61 安徽工程大学毕业设计（论文） - 13 - 203040506070 36.0 36.5 37.0 37.5 38.0 38.5 39.0 (mg/g) ( ) 图 3-4 温度与壳聚糖吸附量的关系 由图3-4可知，随着吸附温度的增加吸附量先增加后减小。吸附剂对直接大红的最 佳吸附温度为35。最大吸附量为：38.72mg/g。 3.2.3 染料浓度对壳聚糖吸附性能的影响 直接大红体积：50ml 表 3-5 染料浓度对壳聚糖吸附效果的影响 壳聚糖质量/mg染料浓度 mg/l吸光度/A吸附量 mg/g 31.150.0281.03 30.2100.0393.95 32.2150.0476.77 31.6200.0569.84 29.9250.06313.74 壳聚糖负载硅藻土对直接大红溶液吸附性能研究 - 14 - 510152025 0 2 4 6 8 10 12 14 (mg/g) (mg/l) 图 3-5 染料浓度与壳聚糖吸附量的关系 由图3-5可知，随着染料浓度的增加，吸附量不断增大，且增长迅速。 3.2.4 壳聚糖量对壳聚糖吸附性能的影响 直接大红浓度：50.6mg/l 直接大红体积：25ml 表 3-6 壳聚糖量对壳聚糖吸附性能的影响 序号硅藻土质量/mg吸光度/A吸附量 mg/g 122.30.11838.05 230.80.01139.45 341.10.01029.65 451.10.00823.98 561.70.00220.19 安徽工程大学毕业设计（论文） - 15 - 2030405060 20 25 30 35 40 (mg/g) (mg) 图 3-6 壳聚糖量与壳聚糖吸附量的关系 由图3-6可知，随着壳聚糖的增加，吸附量先增大后减小，壳聚糖质量为0.03g时， 吸附量达到饱和，为39.45mg/g。 3.2.5 介质 pH 对壳聚糖吸附性能的影响 直接大红浓度：50.6mg/l 直接大红体积：25ml 表 3-7 介质 pH 对壳聚糖吸附性能的影响 壳聚糖质量/mgpH吸光度/A吸附量 mg/g 29.720.02639.18 29.340.07134.46 29.670.03538.27 32.480.01537.54 30.1100.04336.73 壳聚糖负载硅藻土对直接大红溶液吸附性能研究 - 16 - 246810 34 35 36 37 38 39 40 (mg/g) pH 图 3-7 介质 p