地聚物微球的制备及其功能化对水中染料的去除研究

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现代工农业的不断发展,极大地促进了社会经济进步,但也导致大量污染物被排放到水环境中,造成水体污染。合成染料排放到水体中会影响动植物物生长,具有致畸和致癌风险,严重威胁人类和水生生物的生存环境。吸附法是处理染料废水的常用方法之一,但受到吸附剂成本高、难回收和难再生等限制,因此需要发展更加绿色、环保、低价、可再生、易回收、可连续处理的吸附剂。本论文分别制备了矿渣基地聚物微球(SM)和偏高岭土基地聚物微球(MM),并研究了其对水中结晶紫(CV)和亚甲基蓝(MB)的吸附行为和机理。为解决地聚物对阴离子偶氮类染料去除效果差的问题,同时将介体2,2’-联氨-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(ABTS)和漆酶(Lac)固定于MM将其功能化,合成双固定ABTS和Lac的偏高岭土基地聚物微球(Lac-ABTS@MM),并研究了最适载酶条件、固定化酶性质和对偶氮染料刚果红的去除性能。论文中得到的主要结论如下:(1)以氢氧化钠为碱激发剂,矿渣为原料,采用分散悬浮固化法,制备了矿渣基地聚物微球(SM),粒径在100~900μm范围内,比表面积为13.38m~2/g,平均孔径为20.95 nm。SM对CV及MB的吸附过程更加符合准二级动力学模型,吸附过程中有颗粒内扩散作用。SM对CV及MB的吸附过程符合Langmuir模型,属于单分子层吸附,对CV和MB的Langmuir最大吸附量分别为34.94和45.31 mg/g。SM对CV及MB的吸附过程是自发吸热过程,升温有利于反应的进行。SM在6次循环利用后,SM对CV的去除率可达86.45%,MB的去除率仍然可达81.56%。由于静电作用,SM对阳离子型染料具有选择性吸附。(2)以改性水玻璃为碱激发剂,偏高岭土为原料,采用分散悬浮固化法制备偏高岭土基地聚物微球(MM),MM比表面积为64.87 m~2/g,平均孔径为8.77 nm,粒径主要集中于100-180μm和280-450μm,等电点为3.5。MM对CV及MB的吸附过程更加符合准二级动力学模型,由颗粒内扩散模型拟合发现,吸附过程中有颗粒内扩散作用,但扩散速率也受其他因素影响。MM对CV及MB吸附过程符合是Langmuir模型,属于单分子层吸附,对CV和MB的Langmuir最大吸附量分别为88.34和100.1 mg/g,优于目前报道的主要地聚物类吸附剂。MM对CV及MB的吸附过程是自发吸热过程,升温有利于反应的进行。MM在6次循环利用后,对CV的去除率可达75.45%,对MB的去除率仍然可达81.56%。MM对CV和MB的吸附作用包括静电作用、氢键和n-π相互作用,MM对阳离子染料有较好的选择性吸附。在动态吸附过程中,实验结果表明,其符合Thomas和Yoon-Nelson模型。(3)采用物理吸附的方法,将Lac和介体ABTS同时固定在MM上获得固定化漆酶Lac-ABTS@MM,最适固定化条件为ABTS浓度为0.5mmol/L、吸附ABTS时间为12小时、缓冲溶液p H值为4.0、漆酶浓度为1g/L、固定Lac时间为6小时,Lac-ABTS@MM的最适使用条件为p H=4.5,温度为40℃,漆酶的p H值稳定性、热稳定性、操作稳定性均有明显提升。Lac-ABTS@MM较MM、Lac和Lac@MM对偶氮染料刚果红的去除率分别提升了86.54%、72.70%、49.91%,实现Lac和ABTS同步双循环。
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