您好,欢迎访问济南乾来环保技术有限公司的网站,真诚为您服务!

济南乾来环保技术有限公司

破乳剂 除油剂 脱色剂 COD去除剂 重金属捕集剂 膜防污堵剂 混凝剂 絮凝剂

咨询服务电话:

13793114545

新闻资讯
LNC/MMT 纳米复合材料处理高浓度味精废水的研究一
来源:济南乾来环保技术有限公司 发布时间:2022-05-26 16:04:52 浏览次数:
                    摘要:以木质纤维素(LNC)、蒙脱土(MMT)为原料,采用插层-聚合法制备木质纤维素/蒙脱土纳米复合材料(LNC/MMT)。利用 SEM、EDS、XRD 与 FT-IR对 LNC/MMT 进行表征。结果表明,LNC 中—OH、C—O、C—O—C 键与 MMT中—COOH、Si—O、Al—O 键发生络合反应,MMT 晶体结构遭到破坏,形成了插层-剥离型 LNC/MMT。在处理温度为 40 ℃、处理时间为 6 h、处理剂质量为0.1 g 时,LNC/MMT 处理味精废水(MSGW)时对 SS、COD 及 NH3-N 的去除量达到最大,分别为 199.460、112905、25829 mg/L。
                关键词:味精废;LNC/MMT 纳米复合材料;SS;COD;NH3-N
                味精废水(MSGW)属高浓度有机废水,具有“五高一低”的特点.直接排放到环境中会对环境造成污染.目前,国内外已出现了多种该废水处理方法,吸附法较其他方法(如沉淀法)具有简单、高效等优势,特别是在国民经济与环境治理方面,使用吸附法处理废水可有效降低成本并减少对环境的二次污染。
                 木质纤维素(LNC)是一种通过化学加工制得的絮状纤维材料,具有价格低、可降解、比表面积大等特点.蒙脱土(MMT)作为一种层状硅酸盐类物质,具有比表面积大、阳离子交换容量大等优点,目前已应用于废水的处理中,其处理机理包括范德华力、表面络合机理和离子交换.其中,MMT 可作为复合材料的主体材料,目前已有研究人员将 MMT 插层到壳聚糖中,并获得了较高的染料处理性能。当 MMT 单独作为处理剂使用时,处理效果较差。庞方亮等利 用 LNC 吸附亚甲基蓝(Mb),吸附量达 40.1 mg/L;赵亚红等用钠基 MMT 吸 附 Mb,吸附量达 412 mg/L。可以看出,LNC、钠基 MMT 等对 Mb 的吸附能力较好。若将高分子材料进行改性来处理废水,可进一步改善处理效果,王婷等用 NaOH 改性煤矸石处理 MSGW,其 COD 去除率为 83.9%。研究结果表明,通过改性、复合等手段可以有效提高处理剂的处理能力。
                  笔者通过探究LNC/MMT的制备条件(NaOH质量分数、LNC与MMT质量比、制备时间、制备温度)确定最优制备条件。利用多种表征手段对复合前后和处理MSGW前后的材料进行分析,确定材料的微观结构、表面官能团种类和复合机理。通过讨论LNC/MMT处理MSGW的处理条件(处理温度、处理时间、处理剂加入量)确定最优处理条件。
                1 材料与方法
                 1.1 材料与仪器
                 木质纤维素(LNC),内蒙古鄂尔多斯新街治沙站生产;蒙脱土(MMT),内蒙古赤峰宁城县兴龙粘结剂化工有限责任公司生产;味精废水(MSGW ,COD219000 mg/L、NH3-N 96100 mg/L、SS 21900 mg/L),内蒙古阜丰生物科技有限公司生产;NaOH,分析纯,福晨化学试剂有限公司生产。C1、C2(COD 专用试剂),N1、N2(NH3-N 专用试剂),江苏盛奥华环保科技有限公司生产;高速多功能粉碎机(RHP-400);恒温水浴锅(HH-1);循环水式多用真空泵(SHB-111);SS、COD、NH3-N 测定仪(6B-50SS、6B-200、6B-50),江苏盛奥华环保科技有限公司生产;恒温水浴振荡箱(SHA-C)。
                 1.2 LNC/MMT 的制备
                  LNC絮状物经粉碎过 200 目筛得LNC。称取一定量LNC,分批加入到一定质量分数NaOH溶液中[LNC质量(g):NaOH溶液体积(mL)=1:30],室温下磁力搅拌 30 min,形成均匀悬浮液;缓慢加入到MMT悬浮液(1.0 g MMT悬浮于30 mL蒸馏水)中,不同温度下反应不同时间,产物用蒸馏水洗至中性,真空抽滤,105 ℃烘干,研磨过 200 目筛,得LNC/MMT。
                  1.3 表征方法
                  利用扫描电子显微镜(SEM, Zeiss Merlin Compact)采集、分析样品表面微观结构,利用能谱仪(EDS)确定处理前后元素种类及含量的变化。将样品烘干,在导电胶带上喷金,放入样品室,在 5 kV 的加速电压下,对样品的表面进行图像采集。
利用傅立叶红外光谱仪(FT-IR,Bruker Tensor II 型)测定样品中官能团变化。样品经 KBr 压片处理,波数范围控制在 500~4000 cm-1,扫描 160 次。运用X 射线衍射(XRD,布鲁克 D8-Focus 型)判断结晶度和结晶度区域的大小,将样品放入样品室,入射波长为 0.514 nm,扫描范围为 10°~ 90°,采用 Cu 靶 Ka射线对样品进行采集和分析。
                 1.4 MSGW 处理实验
                 称取一定质量 LNC/MMT,将其加入到 10 mL MSGW 中,设定温度下振荡一定时间,经振荡、2 次离心后取上清液测定各项指标。
                1.5 测试方法
                 利用 COD 测定仪对废水中 COD 进行测定,以专用试剂(C1、C2)为氧化剂和催化剂,经 165 ℃ 恒温消解样品后,水中有机物将 Cr6+ 还原成 Cr3+,在特定波长下测定 Cr3+ 含量,通过比色法测定 COD 值。利用 NH3-N 测定仪对废水中 NH3-N 进行测定。利用 SS 型悬浮物测定仪在波长为(680±2) nm 处进行测定。
                 2 结果与讨论
               2.1 LNC/MMT 制备条件对 MSGW 中 SS、COD 及 NH3-N 的影响
                2.1.1 NaOH 质量分数的影响
                NaOH 质量分数对 LNC/MMT 处理 MSGW 中 SS、COD 和 NH3-N 的影响如图 1 所示。
                  由图 1 中可以看出,随着 NaOH 质量分数的增加,LNC/MMT 对 MSGW 中SS、COD 及 NH3-N 的去除量呈现出先增大后降低的规律,NaOH 质量分数为 15%时,去除量达到最大,分别为 169.525、99040、25077 mg/L。主要是因为复合材料中存在分子内及分子间氢键,与 MSGW 中的有机物、硫酸根等进行反应,从而降低废水中的 SS、COD 及 NH3-N 质量浓度。随着 NaOH 质量分数的升高,材料内部的氢键被破坏,导致去除量降低。
                 2.1.2 LNC、MMT 质量比的影响
                 LNC、MMT 质量比对复合材料处理 MSGW 中 SS、COD 和 NH3-N 的影响如 图 2 所示。
                   由图 2 中可以看出,随着 LNC 质量分数的减少,LNC/MMT 对 MSGW 中SS、COD 及 NH3-N 去除量呈先增大后降低的趋势,在 LNC 与 MMT 质量比为 1: 2 时,去除量达到最高,分别为 199.9、101020、25649 mg/L。LNC/MMT 不同质量比造成了活性基团含量不同,在 LNC、MMT 质量比为 1:2 时,复合材料中的活性基团可与味精废水中的有机物反应充分。
                    2.1.3 制备时间的影响
                    制备时间对 LNC/MMT 处理 MSGW 中 SS(a)、COD(b)和 NH3-N(b)的影响如图 3 所示。
                   由图 3 中可以看出,随着制备时间的延长,LNC/MMT 对 MSGW 中 SS、COD及NH3-N去除量呈先增大后降低的趋势,在制备时间为4 h时,去除量达到最高,分别为 143.99、92895、25224 mg/L。反应时间低于 4 h 时,LNC 与 MMT 插层-剥离反应不完全,不利于 LNC/MMT 对 MSGW 中有机物的处理;当反应时间超过 4 h,LNC/MMT 对 SS、COD 及 NH3-N 的去除量降低,说明 LNC 与 MMT 插 层-剥离反应已达到平衡,LNC/MMT 的内部已被MSGW中的有机物等填充饱和。
                   2.1.4 制备温度的影响
                  制备温度对 LNC/MMT 处理 MSGW 中 SS、COD 和 NH3-N 的影响如图 4 所示。
                   图 4 LNC/MMT 制备温度对 MSGW 中 SS、COD、NH3-N 去除量的影响由图 4 中可以看出,随着温度的升高,LNC/MMT 对 MSGW 中 SS、COD及 NH3-N 去除量呈先增大后降低的趋势,制备温度为 70 ℃时,去除量最大,分别为 199.9、101160、25260 mg/L。这是由于温度较低时,体系黏度较大,不利于 LNC 与 MMT 发生插层反应,随着反应温度的升高,LNC 分子链间氢键作用减弱,有利于插入到 MMT 片层间[6];但若继续升高温度,LNC 对 NaOH 溶液的吸附量减少,碱液的润胀程度下降,导致 LNC 降解,其反应活性明显降低,不利于 LNC 与 MMT 之间插层复合反应的继续进行。
                  2.2 表征分析
                   2.2.1 SEM 分析
                   LNC/MMT 处理 MSGW 前后的 SEM 图如图 5 所示。
                    由图 5 中可以看出,LNC/MMT 处理 MSGW 前表面较为粗糙,并且存在有大量的空隙,为 MSGW 中的硫酸根、NH3-N 及有机物等提供更有利的通道。处理后复合材料表面变得光滑,表明 MSGW 已被吸附到复合材料表面。
                  2.2.2 EDS 分析
                 LNC/MMT 处理 MSGW 前后的 EDS 谱中各元素的质量分数如表 1 所示。
                  由表 1 可知,处理前 C、N、O、S 元素的质量分数分别为 30.48%、1.62%、66.50%、0.33%,处理后 C、N、O、S 元素的质量分数分别为 18.23%、7.01%、72.57%、0.73%。处理后 LNC/MMT 中的 C 元素质量分数降低,N、O、S 等元素质量分数均有所升高。主要是由于废水中含有大量的 N、S 等元素,处理后这几种元素在 LNC/MMT 表面进行交换。
                 原标题:LNC/MMT 纳米复合材料处理高浓度味精废水的研究
                 原作者:赵白云,刘泽 ,刘小凯,史奇 ,刘燕蓉, 王丽