[00127579]油菜秸秆吸附剂在多元离子水环境中对目标金属离子及阳离子染料吸附作用及机理的研究

一、课题来源及意义 课题项目来源于2018年四川省科技厅重点研发项目,编号为：2018SZ0306,起止时间：2018.01.01至2019.12.31。近年,工业污染物的排放给环境生态带来严重的安全风险,对生物存在潜在的危害。生物吸附法具有可重复使用、操作成本低、操作时间短和无二次污染的优点而被广泛关注。本次项目选择废弃的油菜秸秆作为生物吸附剂用于多元污染物水溶液环境中对目标污染物的吸附作用及其机理进行了探讨。结果显示,油菜秸秆对目标污染物吸附取得较好的效果并且明确了油菜秸秆对目标污染物吸的附行为,以及存在的吸附机理。为了解决油菜秸秆生物吸附剂回收的难题,将油菜秸秆进行磁化改性,使其能够快速实现污染物与水溶液之间实现固液分离。为了评价磁化后油菜秸秆对目标污染物的吸附效能,再次将其作为生物吸附剂于多元次污染物水溶液环境中对目标污染物的吸附作用进行测试,并分析了磁性油菜秸秆潜在的优势与缺点。油菜秸秆具有生物吸附效率高、吸附容量大、成本低、材料易得等优点,是一种对水溶液中污染物去除极具潜力高效的生物吸附剂。同时也为解决油菜秸秆有效处理提供新的途径,有助增加油菜秸秆作为产品的附加值,有望实现“以废治污”社会效益,以期缓解秸秆燃烧方式造成大气污染的环境问题。 二、研究内容的创新性 1. 油菜秸秆磁化方法优选与改进。能够快速对油菜秸秆髓芯、籽荚、外壳进行磁化改性,且磁化结果较好,通过磁性测试能够在8秒左右实现固液分离,达到回收吸附剂的目的。但是在制备纳米颗粒时遇到困难,细胞超声破碎仪对油菜秸秆颗粒破碎效果不佳。已经采取将磁化改性后油菜秸秆通过生物碳化方式实现纳米颗粒制备,提高其对目标污染物的吸附效率; 2. 天然油菜秸秆髓芯、籽荚、外壳在一元污染物和多元污染物水溶液环境中考察因素对目标污染物去除效率影响作用的多元回归模型建立,以此模型为基础解析了考察因素的影响作用与进行吸附作用; 3. 天然/磁性油菜秸秆一元污染物水溶液环境中吸附等温学与动力学吸附行为拟合与评估; 4. 天然/磁化油菜秸秆髓芯、籽荚、外壳光谱学技术表征,以及天然/磁性油菜秸秆在一元污染物水溶液环境中和多元污染物水溶液环境中对目标污染物铅、铜、锌、铬、亚甲基蓝、诱惑红、孔雀石绿吸附后的光谱学技术表征。通过分析明确了吸附剂在一元污染物水溶液环境中水溶液中目标污染物的吸附作用与机制,以及多元污染物水溶液环境中竞争吸附作用及影响因素。 三、存在的问题 1. 油菜秸秆虽然磁化成功,但是其产率不高,消耗盐酸与氨水量较大,改性成本偏高。这就需要进一步优化吸附剂磁化条件,把磁化油菜秸秆产率提上去,将改性成本降下来。磁性油菜秸秆对目标污染物吸附效率与天然油菜秸秆相比出现下降。如果能够将磁性油菜秸秆颗粒直径降低,这样可以增加其表面积,从而有效提高磁性油菜秸秆吸附效率。为此,可以通过生物方法进行改性和将材料碳化处理使其增加其表面积,实验流程已完成设计; 2. 静态吸附在一定程度上有助于分析油菜秸秆吸附目标污染物的行为与机理,而且对铅、镉、铬、铜、锌、亚甲基蓝表现出较好的吸附能力。但是在处理工业废水时,因为水环境中水体流动状态及成分复杂,静态吸附无法准确评估吸附剂处理废水体积的能力,故此需要将油菜秸秆吸附剂制备成吸附柱在水体流动状态下对其吸附效率进行进一步考察。为此,已经设计实验并采用天然油菜秸秆作为填料柱进行性能测试,如图1所示。前期已完成单因素实验,从不同吸附剂添加剂量数据结果来看,0.25 g、0.50 g、0.75 g、1.00 g的油菜秸秆分别能完全吸附45 mL、60 mL、180 mL、240 mL的100 mg·L-1硝酸铜溶液,随着天然油菜秸秆添加量的增加,处理铜离子溶液体积也相应增加。目前,正在采用响应面法对重金属初始浓度、溶液的pH、吸附剂的剂量、处理溶液的体积大小及吸附剂的颗粒大小5个因素进行非线性回归模型建立,并优化最佳吸附工艺参数; 3. 通过阅读文献发现,生物吸附法对水环境中抗生素类和持久性有机污染物也有较好的去除作用。那么是否也可以用油菜秸秆来吸附处理水溶性抗生素和持久性有机污染物？由于油菜秸秆对水溶液中重金属离子与染料具有良好的吸附能力,故此对水溶性抗生素及持久性有机污染物吸附效果也值得期待,这为吸附剂对水中污染物的吸附处理应用拓展了新的方向。