殼聚糖及其改性材料強化去除水體中高氯酸鹽的研究.pdf

1、隨著對環(huán)境激素類物質(zhì)研究的深入，高氯酸鹽在環(huán)境中的污染以及對人體健康造成的危害逐漸引起了人們的高度重視。高氯酸鹽會抑制人體甲狀腺對碘的吸收，影響甲狀腺素的合成和分泌，從而危害人體健康，美國環(huán)保署規(guī)定飲用水中高氯酸鹽的濃度不得超過24.5μg/L。我國存在大量以高氯酸鹽為原料的企業(yè)和化工廠，并且是煙火制造和消費的傳統(tǒng)大國，高氯酸鹽的污染不容忽視。高氯酸鹽具有高水溶性、低吸附性、高流動擴散性以及高穩(wěn)定性的特征增加了對它的處理難度。目前的處理

2、方法中，生物還原法和離子交換法被認(rèn)為是最具應(yīng)用前景的兩種方法，但是它們也存在局限性。生物還原法主要適用于大規(guī)模、高濃度高氯酸鹽廢水的處理，并且對操作條件要求高，處理過程會引入大量微生物，限制了其在飲用水處理方面的應(yīng)用；采用離子交換法時，對高氯酸鹽選擇性較強的交換樹脂的再生非常困難。近年來，尋求更加安全有效的高氯酸鹽廢水處理方法，已成為環(huán)境領(lǐng)域的難點問題之一。
　　 天然高分子有機物殼聚糖已被作為螯合劑和絮凝劑用于水體中重金屬和懸

3、浮物質(zhì)的去除研究，但對高氯酸鹽的去除還未見報道。殼聚糖無毒、無害、無味、易生物降解的環(huán)境友好型特點和具有陽離子型聚電解質(zhì)的特征，故將其應(yīng)用于高氯酸鹽廢水的處理。在本研究中，我們提出了殼聚糖吸附/超濾聯(lián)合工藝，制備了質(zhì)子化交聯(lián)殼聚糖小球和交聯(lián)殼聚糖季銨鹽顆粒，并將它們用于高氯酸鹽的去除，探討了它們對高氯酸鹽的去除效率和去除機理。研究內(nèi)容和成果如下：
　　 (1)殼聚糖吸附/超濾聯(lián)合工藝對吸附ClO-4的殼聚糖具有很好的截留效果，當(dāng)

4、初始ClO-4濃度為10 mg/L時，吸附劑的最佳投加量為0.8 g/L，最佳pH值為4.3(即0.5‰的HAC溶液溶解殼聚糖，未加入額外的酸進(jìn)行調(diào)節(jié))，在此條件下，該工藝對ClO-4的去除率達(dá)92.35％。動力學(xué)實驗表明，殼聚糖與ClO-4的吸附反應(yīng)為一瞬時吸附過程，當(dāng)殼聚糖與ClO-4接觸時，吸附反應(yīng)即已迅速發(fā)生，且該吸附過程非常穩(wěn)定，無解吸現(xiàn)象發(fā)生。在截留分子量(MWCO)為3～100 kDa范圍內(nèi)，膜孔徑的大小對殼聚糖吸附/超濾

5、工藝去除ClO-4的影響不顯著，截留率在91.42～93.99％之間。在過濾過程中，殼聚糖分子會沉積在膜表面形成凝膠層，或進(jìn)入膜孔內(nèi)部，導(dǎo)致膜污染和膜通量下降；但經(jīng)0.1mol/L的NaOH浸泡和清水沖洗后，膜表面和內(nèi)部的殼聚糖分子能被較徹底地清除，從而實現(xiàn)膜的重復(fù)利用。
　　 (2)當(dāng)pH＜pHzpc(6.3)時，質(zhì)子化交聯(lián)殼聚糖小球?qū)lO-4的吸附主要是靜電作用的結(jié)果，在此過程中，溶液中的ClO-4與吸附劑上RNH+3 C

6、l-基團(tuán)的Cl-發(fā)生交換作用而被去除；在中性條件下，物理作用力(范德華力)成為吸附過程中主要的驅(qū)動力。當(dāng)溶液的pH在3～6之間時(＜pHzpc)，質(zhì)子化交聯(lián)殼聚糖小球?qū)lO-4均有較好的吸附去除作用，當(dāng)反應(yīng)溫度為27℃，初始ClO-4濃度為100 mg/L時，該吸附劑的平衡吸附容量在34～38 mg/g之間。動態(tài)柱穿透曲線表明，在本實驗條件下，較優(yōu)的空床停留時間(EBCT)為22.7 min，對應(yīng)的實際停留時間(ART)為8.1 mi

7、n，當(dāng)進(jìn)水ClO-4濃度為10mg/L時，填充柱的穿透點約為95 BVs，對應(yīng)的總吸附量為24.982 mg/g。吸附ClO-4飽和的質(zhì)子化交聯(lián)殼聚糖小球可被pH值為12的NaOH溶液有效地再生，且在15個吸附-再生-再吸附周期中，該吸附劑的吸附容量無明顯降低，表現(xiàn)出了較好的重復(fù)使用性能。
　　 (3)采用乙醇作分散劑、戊二醛作交聯(lián)劑，可實現(xiàn)殼聚糖季銨鹽的固定化，最佳交聯(lián)劑用量為6.82％，最佳交聯(lián)溫度為45℃，最佳反應(yīng)pH為中

8、性。交聯(lián)殼聚糖季銨鹽對ClO-4的吸附主要是通過靜電作用力實現(xiàn)的。溶液的pH值對交聯(lián)殼聚糖季銨鹽吸附ClO-4性能的影響較小，當(dāng)pH在3～10范圍內(nèi)時，該吸附劑對ClO-4均有較好的去除效果，當(dāng)初始ClO4-濃度為10 mg/L時，平衡吸附容量在22.44～24.30 mg/g之間。動力學(xué)分析表明，該吸附過程為一化學(xué)吸附反應(yīng)，吸附主要發(fā)生在反應(yīng)前30 min內(nèi)，顆粒外部擴散階段為反應(yīng)的主要速率控制步驟。熱力學(xué)分析表明，在20～50℃條件