【摘 要】
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工业的快速发展导致大量污染物排放入水源。这些污染物中含有大量重金属离子、有机小分子、细菌微生物等,严重污染水源,对环境和人类日常生活、健康带来严重威胁,因此亟需发展一种绿色环保、价格低廉、高效且易于回收的材料用于净水处理。吸附法是处理污染物最常用的方法,八面沸石与纤维素因独特的孔道结构、较高的比表面常被用作吸附剂。天然纤维具有纳米级的多孔网状形貌可作为模板制备新型功能复合材料,因此本文以天然纤维素
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工业的快速发展导致大量污染物排放入水源。这些污染物中含有大量重金属离子、有机小分子、细菌微生物等,严重污染水源,对环境和人类日常生活、健康带来严重威胁,因此亟需发展一种绿色环保、价格低廉、高效且易于回收的材料用于净水处理。吸附法是处理污染物最常用的方法,八面沸石与纤维素因独特的孔道结构、较高的比表面常被用作吸附剂。天然纤维具有纳米级的多孔网状形貌可作为模板制备新型功能复合材料,因此本文以天然纤维素为原料,利用浸渍-水热法在纤维表面原位合成八面沸石,得到沸石/纤维复合材料(Na Y/FP)作为吸附剂用于废水处理;利用离子交换法,将Cu2+、Zn2+交换到Na Y/FP中,得到具有杀菌能力的沸石/纤维(Zn Y&Cu Y/FP)。本论文主要研究内容如下:1.制备沸石/纤维复合材料(Na Y/FP)以滤纸为天然纤维素来源,沸石前驱体悬浮液投料比为:12 Na2O:Al2O3:7Si O2:515 H2O,陈化1h,在70℃下反应10h,通过浸渍-水热法,合成Na Y/FP,并对反应体系中的碱度、水量、结晶温度、陈化时间等因素进行优化讨论。通过XRD、FT-IR、SEM、XRF、TGA等表征,得到复合材料Na Y/FP,沸石晶体在纤维素上分布均匀,沸石晶体尺寸在500 nm左右,约占复合材料总质量的20 wt%;2.探究Na Y/FP吸附性能分别以铜(Ⅱ)-铅(Ⅱ)混合溶液和有机染料亚甲基蓝(MB)、罗丹明B(Rh B)为污染物进行吸附实验。研究表明,吸附剂投料为45 mg,p H为6,吸附30min,对初始浓度均为50 mg/L的铜(Ⅱ)-铅(Ⅱ)混合溶液中Cu2+、Pb2+去除率最高,吸附等温线符合Freundlich吸附等温模型,吸附动力学符合准二级动力学模型,Cu2+平衡吸附量为61.52 mg/g,Pb2+平衡吸附量为49.5 mg/g,吸附剂选择性吸附顺序:Cu2+>Pb2+。Na Y/FP对铜离子循环吸附三次后去除率仍有75%,Na Y/FP在金属离子吸附方面具有较好的循环利用能力。对于MB最佳吸附条件为:p H为7,溶液初始浓度140 mg/L,投料量为0.20 g,吸附1 h,去除率达98.2%;对Rh B的最佳吸附条件为:p H为9,溶液初始浓度140 mg/L,投料量为0.30 g,吸附2.5 h,去除率为93.4%。有机染料吸附等温线均符合Langmuir吸附等温线模型,对MB最大吸附量为41.78 mg/g;对Rh B最大吸附量为23.33 mg/g,吸附动力学均符合准二级动力学模型。对亚甲基蓝的平衡吸附量为50.45 mg/g,对罗丹明B的平衡吸附量为22.99 mg/g,吸附剂选择性吸附顺序:MB>Rh B。3.制备抗菌剂Zn Y&Cu Y/FP及研究抗菌能力将Na Y/FP置于Zn2+、Cu2+混合溶液中利用离子交换法将Na+置换为Zn2+、Cu2+,得到抗菌剂Zn Y&Cu Y/FP。通过流通试验,验证了Zn2+、Cu2+在沸石上负载相对稳定,具有缓释性;通过大肠杆菌抑菌圈实验、细菌对数去除率和杀菌率计算,证明抗菌剂Zn Y&Cu Y/FP对数去除率接近Log 6,杀菌率达99.99%,具有较高的抗菌能力;对苏州石湖天然水的循环过滤实验,证明Zn Y&Cu Y/FP作为抗菌剂在实际水处理应用方面具有高效循环杀菌性能且无需能源驱动,利于净水处理。
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