（分析化学专业论文）水溶液中有毒有机污染物的吸附.pdf

一 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：盈主色亟日期：丝丝：丝：绺 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：蛐导师签冬弹 日期：趔u 山东大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 符号与缩写v 第一章绪论1 l 有毒有机污染物1 1 1 简介1 1 2 特点1 1 3 治理方法2 2 吸附5 2 1 概述5 2 2 吸附平衡与吸附等温式6 2 3 吸附的影响因素8 3 常用吸附剂9 3 1 活性炭1 0 3 2 树脂吸附剂1 0 3 3 天然矿物吸附剂1 1 3 4 工农业废弃物1 2 3 5 壳聚糖吸附剂1 2 3 6 硅胶1 3 4 论文的立题依据和研究内容1 3 参考文献：1 5 第二章溶胶一凝胶法制备2 ，4 - ：氯苯氧乙酸印迹聚合物2 6 1 引言2 6 2 实验2 8 2 1 试剂和仪器2 8 2 2 印迹聚合物的制备与红外光谱表征2 8 2 3 聚合物吸附特性的测定2 8 3 结果与讨论2 9 山东人学硕士学1 1 ) = 论文 3 1 聚合物的合成一2 9 3 2 聚合物的红外表征3 2 3 3 影响m i p 吸附性能的一些参数3 4 3 4m i p 的选择性3 5 3 5m i p 的重复利用性3 6 3 6 吸附机制3 6 4 结论3 8 参考文献：4 0 第三章阳离子表面活性剂修饰沸石对刚果红的吸附4 3 l 引言4 3 2 实验部分4 4 2 1 实验材料及仪器4 4 2 2 实验步骤4 5 3 结果与讨论4 5 3 1 修饰沸石与沸石的比较4 5 3 2 影响吸附的因素4 7 3 3 吸附等温线的测定5 0 4 结论5 3 参考文献：5 4 致谢5 7 i i 山东大学硕士学位论文 c o n t e n t s c o m m e n t a r yf o rs y m b o l s 。 a b s 仃a c t 一 c h a p t e r1e x o r d i u m 1p o i s o n o u so r g a n i cp o l l u t e s - 1 1i n t r o u d u c t i o n 1 2c h a r a c t e r i s t i c s 1 37 i i l et r e a t m e n tm e t h o d s 2a d s o r p t i o n 2 1s u m m a r y 2 2a d s o r p t i o ne q u i l i b r i u ma n da d s o r p t i o ni s o t h e r m 2 3e 虢c tf a c t o r s 3u s u a la d s o r b e n t 3 1a c t i v a t e dc a r b o n 3 2r e s i na d s o r b e n t s 3 3n a t u r em i n e r a la d s o r b e n t 3 4i n d u s t r i a la n da g r i c u l t u r a lw a s t e 3 5c h i t o s a na d s o r b e n t 3 6s i l i c a lg e l 4f o u n d a t i o na n dc o n t e n t s r e f e r e n c e s c h a p t e r2m o l e c u l a r l yi m p r i n t e dp o l y m e r f o r2 ，4 - d i c h l o r o p h e n o x y a c e t i ca c i d p r e p a r e db yas o l - g e lm e t h o d 。 1i n t r o d u c t i o n “ 2e x p e r i m e n t a l 2 1r e a g e n t sa n da p p a r a t u s ” 2 2p r e p a r a t i o nm i p sa n dt h e i ri rs p e c t r a 2 3m e a s u r e m e n to fa d s o r p t i o nc a p a c i t y 一 3r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 3 1p r e p a r a t i o no f m 口sa n dn i p s 3 2c h r a c t e r i z a t i o no f m i p s 3 3p a t a m e t e r sa f f e c t i n gt h ea d s o r p t i o np e r f o r m a n c eo f m i p s “ 3 4s e l e c t i v i t i e so f m i p s i i i 3 5r e p e a t e du s eo f m i p s 3 6a d s o r p t i o no f m e c h a n i s m 。 4c o n c l u s i o n r e f e r e n c e s ” c h a p t e r3a d s o r p t i o n o fc o n g or e do n t oc a t i o n i cs u r f a c t a n t sm o d i f i e dz e o l i t e 1i n t r o d u c t i o n ” 2e x p e r i m e n t 2 1m a i ma n da p p a r a t u s 2 2e x p e r i m e n t a lp r o c e d u r e 3r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 3 1c o m p a r a s i o no f m o d i f i e da n dn o n - m o d i f i e dz e o l i t e “ 3 2p a r a m e t e r sa f f e c t i n ga d s o r p t i o n 3 3m e a s u r e m e n to fa d s o r p t i o ni s o t h e r l n ” 4c o n c l u s i o n r e f e r e n c e s 。 a c k n o w l e d g e m e n t 5 7 山东大学硕士学位论文 摘要 环境问题是人类2 l 世纪面临的几个重大问题之一，环境保护也因此成为许多 科技工作者竞相研究的课题。有毒有机污染物已严重危害到生态系统的健康和人 类社会的可持续发展，是当今环境治理中的重点和难点。一般的物化手段通常成 本昂贵、条件复杂、操作困难，而吸附法以其方便、高效、成本低等优势得到越 来越多研究者广泛的关注和研究。 论文的第一章详细介绍了处理有机污染物的方法、与吸附有关的基本知识， 吸附剂的种类以及应用。 分子印迹技术是以目标分子为模板，合成具有特殊分子识别功能的高分子印 迹聚合物。在模板的存在下，功能单体和交联剂聚合形成聚合物，当模板除去后， 留下一个与模板形状、大小互补并对其有选择性“记忆”的孔穴。论文的第二章， 采用溶胶一凝胶方法，以四乙氧基硅烷( t e o s ) 、胺丙基- - - 7 , 氧基硅烷( a p t e s ) 和 苯基三甲氧基硅烷( p t m o s ) 为前躯体，2 ，4 一二氯苯氧基乙酸( 2 ，4 d ) 为模板，得 到了无机有机杂化的分子印迹聚合物( m 口) 。三种前躯体中，t e o s 作为交联 剂参与反应，p t m o s 和a p t e s 则是作为功能单体除了参与溶胶凝胶过程之外还 用于模板分子2 ，4 d 的固定。其中，p t m o s 被认为以疏水作用和一丌堆积与2 ， 4 d 作用，而a p t e s 则被认为通过氢键和静电与2 ，4 d 作用。系统地考察了溶胶一 凝胶制备m i p 过程中的一些因素：前躯体的比例、h 2 0 s i 摩尔比、乙醇s i 摩尔 比等对m i p 吸附性能的影响。结果表明，当t e o s ：a p t e s ：p t m o s 为2 0 ：1 5 ：1 、 h 2 0 s i 摩尔比约为4 、e t h a n o l s i 摩尔比约为4 时印迹效果最好。另外，将印迹效 果最好的印迹聚合物用于水溶液中2 ，4 一d 的吸附并考察了吸附过程中的各个因素 对吸附结果的影响。所得数据显示，m 口对2 ，4 d 的吸附在3h 的时候达到平衡， 溶液的p h 值为7 时吸附效果最好，吸附量会随离子强度的增大而减小，吸附符合 l a n g m u i r 和f r e u n d l i c h 吸附模型。另外，由吸附结果可知m i p 对2 ，4 d 具有较大的 吸附量( l a n g m u i r 吸附等温线得到的最大吸附量为2 4 3 3m g g ) 和较好的选择 性。 普通废水中呈阴离子状态存在的刚果红染料在普通沸石上的吸附量很小，用 表面活性剂对沸石进行修饰可以提高吸附量。论文的第三章，我们用阳离子表面 山东大学硕士学位论文 活性剂( 十六烷基三甲基溴化铵，c t a b ) 修饰沸石吸附水溶液中的刚果红。对修 饰沸石与未修饰沸石的红外光谱图进行比较表明，表面活性剂被成功地修饰到了 沸石的表面；对两者对水溶液中刚果红的吸附量进行比较，结果表明修饰沸石的 吸附量远远大于未修饰沸石对刚果红的吸附量。吸附时间、溶液p h 值、离子强 度和吸附剂用量等因素都会对吸附结果产生影响：吸附在7 0m i n 内达到平衡；p h 值在5 1 0 之间时，吸附量随着p h 值的增大而减小；离子强度对吸附量同样会产 生显著地影响；染料浓度一定的情况下，沸石的用量越大对刚果红的去除率越高， 但吸附量反而越小。用吸附等温线对数据进行分析，相l p f r e u n d l i c h 模型，沸石 对刚果红的吸附很好的符合l a n g m u i r 吸附模型。 关键词：吸附有机污染物沸石分子印迹 i i 山东人学硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h e21s tc e n t u r y ，o n eo ft h em o s ti m p o r t a n tp r o b l e m sf a c i n gh u m a n b e i n g si s e n v i r o n m e n tp r o b l e m t h ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nh a sb e c o m et h et o p i c sa c t i v e l y r e s e a r c h e db ym a n ys c i e n t i f i cr e s e a r c h e r s o r g a n i cp o l l u t a n t s ，e s p e c i a l l yp o i s o n o u s o r g a n i cp o l l u t a n t s ，h a sb e e ns e r i o u s l yh a r m e dt h eh e a l t ho fe c o s y s t e m sa n dt h e s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fh u m a n s o c i e t y t h eo r g a n i cc o m p o u n d sc o n t a i n i n gi nt h e w a s t e w a t e r sa r ed i f f i c u l tt ob er e m o v e db yb i o l o g i c a lt r e a t m e n t ，b e c a u s em e ya r e - d i f f i c u l t t ob i o d e g r a d e t h eu s u a lp h y s i c o 。c h e m i c a lo rc h e m i c a lt r e a t m e n tm e t h o d s a r ec o s t ，c o m p l i c a t ea n dd i f f i c u l tt oo p e r a t i o n a d s o r p t i o ni saw e l l e s t a b l i s h e d t e c h n i q u ef o rt r e a t i n gi n d u s t r i a le f f l u e n t s t h i sm e t h o d i sc o n v e n i e n t ，e f f i c i e n ta n dl o w c o s t ，s oa t t r a c tw i d e s p r e a da t t e n t i o na n ds t u d y i nt h ef i r s ts e c t i o n ，w es u m m a r i z e dt h em e t h o d sf o rt h et r e a t m e n to fo r g a n i c c o m p o u n d ，t h eb a s i ck n o w l e d g eo fa d s o r p t i o n ，t h et y p e so fa d s o r b e n ta n d t h e i r a p p l i c a t i o n m o l e c u l a ri m p r i n t i n gt e c h n o l o g yw h i c ha r i s e sf r o mm o l e c u l a rr e c o g n i t i o ni sn o w aw e l le s t a b l i s h e dt e c h n i q u ef o rd e v e l o p i n ga r t i f i c i a lr e c e p t o r sp o s s e s s i n gs t r o n g a f f i n i t yf o rs p e c i f i ct a r g e tm o l e c u l e s i nt h ep r e s e n c eo fat e m p l a t e ，m o n o m e r sa r e a r r a n g e da n dc o - p o l y m e r i z e dt of o r mac r o s sl i n k e dp o l y m e r a f t e rr e m o v a lo ft h e t e m p l a t e ，ac a v i t yc o m p l e m e n t a r yw i t l lt h et e m p l a t ei ns h a p e ，s i z e ，a n di n t e r a c t i o ni s l e f t b a s e do nas o l - g e lp r o c e d u r e ，am o l e c u l a r l yi m p r i n t e dp o l y m e r ( m i p ) f o r2 ， 4 - d i c h l o r o p h e n o x y a c e t i ca c i d ( 2 ，4 - d ) w a ss y n t h e s i z e d ，u s i n gt e t r a e t h o x y s i l a n e ( t e o s ) ，p h e n y l t r i m e t h o x y s i l a n e ( p t m o s ) ，a m i n o p r o p y l t r i e t h o x y s i l a n e ( a p t e s ) a s m o n o m e r s b o t hp t m o sa n da p t e sw e r ei n v o l v e di nt h eg e l a t i o np r o c e s si n a d d i t i o nt oi m m o b i l i z et h et e m p l a t em o l e c u l e2 4 一d i ti sb e l i e v e dt h a tp t m o s i n t e r a c t sw i mt h et e m p l a t e2 ，4 - dt h r o u g hh y d r o p h o b i l i t ya n d7 c - 7 【s t a k i n g ，b u ta p t e s i n t e r a c t sw i t h2 4 一dt h r o u g he l e c t r o s t a t i ci n t e r a c t i o na n dh y d r o g e nb o n d i na d d i t i o n t ot h ea m o u n to ft h e t e m p l a t e ，s o m e f a c t o r si nt h e s o l - g e lp r o c e s s ： t e o s a p t e s p t m o sm o l a rr a t i o ，h 2 0 s im o l a rr a t i o ，c h a c h 2 0 h s im o l a rr a t i o ， e t c w e r ei n v e s t i g a t e di nd e t a i lw i t ht h eo p t i m u mc o n d i t i o n sf o rt h ep r e p a r a t i o no ft h e i i i 山东大学硕十学位论文 m i p sb e i n g2 0 ：1 5 ：1 ( t e o s ：a p t e s ：p t m o s ) ，c a 4 ( h 2 0 s i ) ，c a 4 ( c h a c h 2 0 h s i ) ， r e s p e c t i v e l y e f f e c t so fv a r i o u sp a r a m e t e r si n v o l v e di nt h ea d s o r p t i o np r o c e s so f2 ， 4 - do nm i ps u c ha si n c u b a t i o nt i m e ，p h ，i o n ss t r e n g t h ，e t c w e r ea l s oe v a l u a t e d i ti s f o u n dt h a tt h ea d s o r p t i o na t t a i n e de q u i l i b r i u mw i t h i n3h ，t h eo p t i m u mp hf o r a d s o r p t i o nw a sa b o u t7 ，a n da d s o r p t i o nc a p a c i t i e sd e c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s eo fi o n s s t r e n g t ha n dt h ea d s o r p t i o no b e y e dl a n g m u i ra n df r e u n d l i c hm o d e l s t e s tr e s u l t sa l s o d e m o n s t r a t e dt h a tt h ep r e s e n tm i pf o r2 ，4 一dh a dl a r g ea d s o r p t i o nc a p a c i t y ( t h e m a x i m u ma d s o r p t i o nc o n c l u d e df r o ml a n g m u i rm o d e lr e a c h e d2 4 3 3m g g ) a n dg o o d s e l e c t i v i t y c o n g or e di sa n i o ns t a t ei ng e n e r a lw a s t ew a t e r , a n da d s o r p t i o nc a p a c i t yo nt h e z e o l i t ei sv e r ys m a l l s u r f a c t a n tm o d i f i e dz e o l i t ec a ni n c r e a s et h ea b s o r p t i o nc a p a c i t y i nt h et h i r dc h a p t e r , h e x a d e c y lt r i m e t h y la m m o n i u mb r o m i d e m o d i f i e dz e o l i t ew a s p r e p a r e da n du s e da sa na d s o r b e n tf o rc o n g or e di na q u e o u ss o l u t i o n b yc o m p a r i n g t h ei rs p e c t r a so fm o d i f i e dz e o l i t ea n du n m o d i f i e dz e o l i t e ，i ti sf o u n dt h a ts u r f a c t a n t w a ss u c c e s s f u l l ym o d i f i e dt ot h ez e o l i t es u r f a c e ；a n db yc o m p a r i n gt h ea d s o r p t i o n c a p a c i t i e so fm o d i f i e dz e o l i t ea n dn o n m o d i f i e dz e o l i t ef o rc o n g or e d ，i ti sf o u n dt h e f o r m e ri sm u c hl a r g e rt h a nt h el a t t e r t h ee f f e c to fv a r i o u sa d s o r p t i o np a r a m e t e r sw a s i n v e s t i g a t e d ，e t c c o n t a c tt i m e ，p ho fs o l u t i o n ，i o n ss t r e n g t ha n dt h ea d s o r b e n ta m o u n t r e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ea d s o r p t i o ne q u i l i b r i u mw a sr e a c h e di n7 0m i n ；a d s o r p t i o n c a p a c i t yd e c r e a s e dw i t h t h ei n c r e a s eo fp hw i t h i n5 - 10 ；i o n ss t r e n g t ha n dt h e a d s o r b e n ta m o u n ta l s oi n f l u e n c e da d s o r p t i o n f i n a l l y , w ea p p l i e dl a n g m u i ra n d f r e u n d l i c ha d s o r p t i o nm o d e lt ot h i s a d s o r p t i o na n dt h ee x p e r i m e n t a ld a t ap e r f e c t l y o b e y e dl a n g m u i ra d s o r p t i o ni s o t h e r m k e yw o r d s ：a d s o r p t i o no r g a n i cp o l l u t e s m o l e c u l a ri m p r i n t e dm o d i f i e dz e o l i t e i v 山东大学硕士学位论文 p o p s ：持续性有机污染物 m i p ：印迹聚合物 n i p ：非印迹聚合物 2 ，4 d ：2 ，4 二氯苯氧基乙酸 p a c ：苯氧基乙酸 d p a c ：二氯苯基乙酸 d c p ：2 ，4 二氯苯酚 t e o s ：四乙氧基硅烷 p t m o s ：苯基三甲氧基硅烷 a p t e s - 胺丙基三乙氧基硅烷 q e - 平衡吸附量 u v ：紫外可见光谱 i r ：红外光谱图 符号与缩写 v 山东大学硕士学位论文 第一章绪论 近年来，随着经济的迅猛发展，环境污染日益严重，污染物日积月累并持久 存在，已严重危害到生态系统的健康和人类社会的可持续发展。我国水资源短缺， 而大量工业废水和生活污水未经处理直接排放，又使水污染问题日益严重。在各 种污染物中，有毒有机污染物是一种量大、存在面广、危害性大的污染物。研究 开发高效、经济的废水处理技术成为全世界环保工作者关心的热点 卜3 。 1 有毒有机污染物 1 1 简介 随着现代化石油化学工业的高速发展，产生了很多原来自然界没有的、难分 解的、有剧毒的有机化合物，主要包括有机氯农药、多氯联苯、多环芳烃、高分 子聚合物( 塑料、人造纤维、合成橡胶) 、染料等类有机化合物。它们的共同特点 是大多数为难降解有机物，或持久性有机物 4 ，5 。 1 2 特点 有毒有机污染物特别是持续性有机污染物的四大主要特点为 6 - 1 3 ： ( 1 ) 长期残留性：一般的生物降解、光解和化学分解方法很难使其降解，因此它们 一旦被排出将在大气、水体、土壤等环境中长久存在。 ( 2 ) 生物蓄积性：有机污染物大部分是低水溶性，高脂溶性的物质，这种特点使它 们容易进入并蓄积在人类和动物的脂肪组织，迸一步沿着食物链浓缩放大，对人 体造成巨大危害。 ( 3 ) 半挥发性：有机污染物能够从水体或土壤中挥发进入大气环境，在大气中以 蒸汽存在或吸附在大气颗粒物上，在大气环境中远距离迁移；或重新沉降到地面 上，多次反复造成全球范围内污染。 ( 4 ) 高毒性：有机污染物具有致癌、致畸与致突变作用，还可以破坏或抑制神经 系统和免疫系统，干扰内分泌，影响人类生殖功能。 山东大学硕士学位论文 1 3 治理方法 当前，国内外有机物废水的治理方法主要有物理方法、化学方法和生物降解 法。物理、化学方法就是利用各种物理、化学手段将有机物分离或分解的方法。 生物降解法是利用好氧或厌氧微生物通过代谢作用把有机物降解为小分子物质 或合成自身物质，从而去除有机污染物的方法 1 4 。 ( 1 ) 化学降解法 化学法主要是利用臭氧氧化 1 5 - 1 9 、光催化氧化法 2 0 一2 5 、超临界水氧化 法 2 6 3 0 、湿式氧化法 3 卜3 6 以及电化学氧化法 3 7 4 4 、声化学降解 4 5 4 9 等方法使污染物氧化分解并转化为无毒性的可生化降解物质，是治理持久性有机 污染物污染的有效方法。 臭氧氧化技术在难生物降解的有机废水中常用作氧化预处理，使其转化成容 易降解的有机物。臭氧具有极强的氧化性，其氧化作用机理目前尚无明确的研究 结论，通常认为主要来自臭氧离解的o h 自由基，它是发生在水中的已知氧化剂 中最活泼的氧化剂，它很容易通过反应将各种类型的有机物氧化。o h 自由基还 可与其他物质如苯衍生物等形成二次氧化基( r ) ，它还能将碳酸盐或重碳酸盐离 子氧化成可起三次氧化剂作用的碳酸根或重碳酸根，臭氧分子可离解成过氧化物 高子的过羟基。 光催化法是一种单独使用紫外光或者和其他方法( 如臭氧法、二氧化钛法等) 联合使用将有机物催化氧化。光催化技术由于具有常温氧化降解能力强、彻底矿 化、低能耗、环保的特点而受到广泛的重视。 水在超临界状态下，具有高度的选择性、可压缩性和极强的溶解能力，这种 状态下，无须搅拌，有机物、氧和水均相混合就开始自发氧化，在很短的时间内， 9 9 以上的有机物就能被迅速地氧化成水、二氧化碳等小分子。这就是超临界氧 化法。 湿式氧化法是把液态有机污染物与空气或氧气接触，控制温度在1 7 7 3 1 0 、 压力为3 5 1 0m p a 使有机物氧化的方法。关于氧化机理，普遍认为的是湿式氧化 去除有机物所发生的氧化反应主要属于自由基反应，共经历诱导期、增殖期、退 化期以及结束期四个阶段。 电化学氧化技术，是借助具有电催化活性的阳极材料形成氧化能力极强的羟 2 山东大学硕士学位论文 基自由基。形成的自由基既能使有机污染物发生分解并转化为无毒性的可生化降 解物质，又可将之完全矿化为二氧化碳或碳酸盐等物质。电化学水处理技术具有 多功能性、高度的灵活性、易于自动化、无二次污染等特点，且具有与传统化学 方法不同的独特的环境兼容的特性，在环境治理尤其是污水处理方面越来越受到 人们的重视。 声化学降解法，它是利用声效应以及由此引发的物理和化学变化来降解污染 物的一种方法。超声波氧化法可降解二嗯英和多氯联苯，是一项有发展前景的处 理有机污染物的技术。 ( 2 ) 物理方法 物理法可对有机污染物起到浓缩富集并部分处理的作用，常作为一种预处理 手段与其他处理方法联合使用。物理方法操作相对简便，较适用于高浓度的p o p s 的工业废水或废液及事故性污染的处理。常用的物理方法有萃取法、离子交换法、 膜处理法、吸附法等。 萃取法是实现高浓度有机工业废水资源回收的重要技术之一，较早应用于含 酚废水的处理中，现在主要用于污染物的分析及试样的前处理 5 0 5 3 。萃取法 采用与水不互溶但胄v , 4 1 5 好地溶解污染物的萃取剂，使其与废水充分混合接触，利 用污染物在水和溶剂中的溶解度或分配比的不同，达到分离、提取污染物和净化 废水的目的。 离子交换处理法是废水物理处理法之一 5 4 5 6 。借助于离子交换剂中的交 换离子同废水中的离子进行交换而去除废水中有害离子，在水的软化、有机废水 处理中有着广泛的应用。 膜分离法是利用选择性透过膜为分离介质 5 7 5 9 ，即当膜两侧存在某种推 动力( 如压力差、浓度差、电位差) 时，溶剂( 通常是水) 与溶质或微粒分离的方法。 一般包括电渗析、反渗透、超滤、扩散渗析等。分离时，使溶质通过膜的方法称 为渗析；而使溶剂通过膜的方法则称为渗透。电渗析是在渗析法的基础上发展起 来的一项废水处理工艺，是在直流电场的作用下，利用阴、阳离子交换膜对溶液中 阴、阳离子的选择透过性使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程。 ( 3 ) 生物法 生物法是利用微生物通过代谢作用氧化、分解水溶液中的有机物，并使其转 山东大学硕士学位论文 化为无害的稳定物质从而使水得到净化的技术。现在在处理水的过程中，往往将 生物方法与物化方法相结合，以达到较高的处理效率 6 0 ，6 1 。它又分为好氧生 物处理、厌氧生物处理、生物膜处理 6 2 6 6 和酶生物处理技术 6 7 - 6 9 。 好氧生物处理是在有氧存在的条件下，好氧微生物降解有机物，是稳定、无害 化的处理方法。好氧生物处理的反应速度较快，所需的反应时间较短，且处理过程 中散发的臭气较少。所以，目前对中、低浓度的有机废水，基本上采用好氧生物处 理法。 厌氧生物处理是在没有氧存在的条件下，兼性细菌与厌氧细菌降解和稳定有 机物的生物处理方法，主要用于处理污水中的沉淀污泥，因而又称污泥消化，用 于处理高浓度的有机废水。 生物膜技术是使细菌、放线菌、蓝绿细菌一类的微生物和原生动物、后生动 物、藻类、真菌一类的真核微生物附着在滤料或某些载体上生长繁殖，并在其上 形成膜状生物污泥的一种技术，其实质上是微生物固定化技术。将微生物细胞固 定在载体即填料上，细胞与载体间不发生任何化学反应，只是在其上生长繁殖， 最后形成膜状生物污泥。生物膜具有孔状结构和很强的吸附性能。通过人工强化 技术将生物膜引入到污水处理反应器中便形成了生物膜反应器，它是污水生物处 理的重要技术之一。用于水处理的生物膜反应器型式各异，从传统的生物滤池、 生物转盘和生物接触氧化到新型的生物流化床、移动床生物膜反应器、复合式生 物膜反应器及曝气生物滤池等等，均得到不同程度的研究与应用。 生物酶是一种天然的大分子物质，催化活性很高，很小的量就能发挥突出的 效能，能有效催化化学反应的进程。且作用条件温和，催化性能专一，催化效率 高。近年来酶生物处理技术得到了长足发展，如可以用酪氨酸酶、漆酶及过氧化 物酶处理持久性有机污染物。 大部分有机污染物难以生物降解，而一般的物化方法费用昂贵、条件苛刻、 且去除污染物的效率不高。采用合适的吸附剂对排出的废液进行吸附处理，为我 们提供了一种廉价、方便、高效的处理方法。利用吸附法进行物质分离已有漫长 的历史，国内外的科研工作者在这方面作了大量的研究工作，目前吸附法已广泛 应用于化工、环境保护、医药卫生等领域。 4 山东大学硕士学位论文 2 吸附 2 1 概述 吸附作用即物质从气体或液体浓缩到固体表面从而实现分离的过程，主要是 利用活性炭、黏土等多孔物质( 粉末或颗粒) 处理废水，使废水中的污染物吸附在 多孔物质表面被过滤除去。目前吸附法已广泛应用于化工、环境保护等领域，国 内外的科研工作者在这方面作了大量的研究工作。 2 1 1 吸附原理 吸附作用是一种界面现象。固体内部分子所受的力是对称的，故彼此处于平 衡，但界面上的分子或原子受力不均衡而具有剩余的表面能，气体与液体中的某 些物质碰撞到固体表面时，受到吸引而停留在固体表面，在固体表面聚集，以使 固体表面的自由能达到平衡，从而产生吸附。被吸附的物质为吸附质( a d s o r b a t e ) ， 用来进行吸附的物质为吸附齐t j ( a d s o r b e n t ) 。 2 1 2 吸附分类 吸附一般分为化学吸附和物理吸附。溶质与吸附剂之间由于范德华力而产生 的吸附为物理吸附，物理吸附是可逆吸附。溶质与吸附剂发生化学反应，形成牢 固的吸附化学键和表面络合物的吸附为化学吸附，化学吸附是不可逆的。化学吸 附与物理吸附的区别如表1 山东大学硕士学位论文 表1 物理吸附与化学吸附的区别 2 2 吸附平衡与吸附等温式 2 2 。1 吸附平衡 吸附过程中，固、液两相经过充分的接触后，最终将达到吸附与脱附的动态 平衡。达到平衡时，单位吸附剂所吸附的物质的数量称为平衡吸附量，常用 q 。( m g g ) 表示。当溶质在液固两相间达到吸附平衡时，吸附剂上的平衡吸附量q 。 是溶质浓度c 和温度t 的函数： q = f ( c ，t ) 2 2 2 吸附等温式 当温度一定时，平衡吸附量q 与液相游离溶质浓度c 之间的函数关系称等温 线。有时我们也可以根据吸附曲线的类型选择合适的理论来分析材料的的表面物 性；从吸附等温线可以反映出吸附剂的表面性质、孔分布以及吸附剂与吸附质之 间的相互作用等有关信息。常见的吸附等温线有四种( 如图1 ) ： 6 山东大学硕十学位论文 图1 几种常见的吸附等温线卜h e n r y 型；2 - f r e u n d l i e h 型；3 - l a n g m u i r 型；4 一矩形 ( 1