白腐真菌培養(yǎng)廢棄物吸附陽離子染料的研究.pdf

1、本研究利用白腐真菌Pleurotus ostreatus的培養(yǎng)基廢棄物(Spent cottonseedhull substrate，SCHS)作為生物吸附劑吸附水溶液中的陽離子染料。本文進(jìn)行了可行性研究和論證，并深入研究了吸附等溫線、吸附動(dòng)力學(xué)、吸附熱力學(xué)以及動(dòng)態(tài)吸附模型等機(jī)理。實(shí)驗(yàn)選取染料中具有代表性的吩嗪類、吩噻嗪類、三苯甲烷類、偶氮類中的中性紅、亞甲基藍(lán)、孔雀石綠、剛果紅4種常用染料作為污染物，深入研究了SCHS對中性紅、亞甲基

2、藍(lán)、孔雀石綠等3種陽離子染料的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)吸附行為，借助微量熱儀C80研究了SCHS對3種染料的吸附熱力學(xué)。在研究SCHS對剛果紅不同pH值條件下的吸附試驗(yàn)中，對一部分研究工作者在使用單一波長λmax測量剛果紅濃度時(shí)未考慮pH值變化對λmax的影響，進(jìn)行了糾正。實(shí)驗(yàn)證明不同pH值測量的剛果紅最大吸收波長變化很大，這與SCI期刊中已經(jīng)報(bào)道的文獻(xiàn)不一致。實(shí)驗(yàn)證明，剛果紅的最大吸收波長λmax在不同pH值溶液條件下會發(fā)生改變。因此，要準(zhǔn)確測量不

3、同pH條件下染料的濃度，必須考慮其最大吸收波長λmax的變化及相應(yīng)吸光值的變化。
　　 本文通過現(xiàn)代分析測試技術(shù)付里葉變換紅外光譜和熱重分析表明，SCHS中含有胺基、羥基、羰基、羧酸基、磷酸基等活性吸附官能團(tuán)位點(diǎn)，這些官能團(tuán)能夠與染料離子結(jié)合產(chǎn)生吸附作用。通過化學(xué)滴定測定了SCHS的零電點(diǎn)(pHpzc)，進(jìn)一步驗(yàn)證了在SCHS吸附劑上存在羰基、羧酸基、磷酸基等活性吸附官能團(tuán)位點(diǎn)。在靜態(tài)的系列吸附實(shí)驗(yàn)中，通過考察染料溶液pH值、吸

4、附時(shí)間、吸附劑用量、吸附劑粒徑、溫度、離子強(qiáng)度、染料濃度等實(shí)驗(yàn)參數(shù)對染料吸附的影響，確定了最佳的吸附條件。應(yīng)用Langmuir，F(xiàn)reundlich，Redlich-Peterson和Sips4種吸附等溫線模型對SCHS在不同溫度條件下吸附染料的數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合分析。用準(zhǔn)一級吸附動(dòng)力學(xué)、準(zhǔn)二級吸附動(dòng)力學(xué)和粒子擴(kuò)散模型對不同時(shí)間條件下SCHS的動(dòng)態(tài)吸附行為進(jìn)行了擬合分析。為驗(yàn)證各個(gè)模型的線性和非線性擬合的參數(shù)可靠性，本論文還比較了各個(gè)擬合結(jié)

5、果的誤差數(shù)據(jù)。通過對等溫吸附模型、吸附動(dòng)力學(xué)的線性回歸和曲線回歸比較分析，證明線性回歸的數(shù)據(jù)誤差明顯偏大，非線性回歸數(shù)據(jù)的可靠性要高于線性回歸。吸附熱力學(xué)的研究表明，SCHS吸附3種染料的Gibbs自由能變化△G°均小于0，且溫度越高-△G°越小。這證明吸附過程引起Gibbs自由能降低，因此SCHS去除3種染料的吸附反應(yīng)是自發(fā)進(jìn)行的。焓變表明SCHS吸附3種染料的過程是吸熱反應(yīng)，SCHS對3種染料的吸附除了物理吸附外，化學(xué)吸附占有主導(dǎo)作

6、用。溶液環(huán)境溫度的升高，不僅有利于活化SCHS吸附位點(diǎn)，更重要的是在一定程度上增加了吸附位點(diǎn)的數(shù)量。通過用C80微量熱儀對SCHS吸附染料的固相-液相體系熱量變化的測量，證明SCHS與染料溶液反應(yīng)過程中的熱量變化不僅有吸熱過程的吸附熱還有放熱過程的潤濕熱。由于吸附熱較潤濕熱的值相差較大且整個(gè)體系潤濕熱起主導(dǎo)作用，因此整個(gè)體系放熱起主導(dǎo)作用。在動(dòng)態(tài)吸附柱的實(shí)驗(yàn)中，通過改變吸附柱的柱高、染料溶液流入速度、初始濃度等單因素條件，研究了各種因素

7、對動(dòng)態(tài)吸附的影響。動(dòng)態(tài)吸附柱的機(jī)理研究表明，可以用Thomas模型和BDST模型來描述SCHS生物吸附劑在動(dòng)態(tài)吸附柱中吸附3種染料的行為。動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)表明，SCHS動(dòng)態(tài)吸附柱可以有效去除溶液中的染料。
　　 本研究的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)是：⑴對一部分研究工作者在使用單一波長λmax測量剛果紅濃度時(shí)未考慮pH值變化對λmax的影響，進(jìn)行了糾正。實(shí)驗(yàn)證明有些染料在不同pH值溶液環(huán)境條件下，其發(fā)色基團(tuán)的結(jié)構(gòu)會發(fā)生改變，因此其最大吸收波長(λma