改性沸石吸附处理养殖废水中抗生素污染研究

来源 :大连海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:game00vergoo
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近年来,养殖废水中抗生素污染日趋严重。沸石因其具有优良的离子交换性能且价格低廉,被广泛应用于废水处理领域中。本文旨在寻求经济高效的改性方法提升天然沸石的吸附性能,有效去除养殖废水中抗生素污染。采用浸渍法分别制备了CTAB改性沸石、FeCl3改性沸石、La(NO3)3改性沸石。分别以土霉素、金霉素、四环素为目标污染物,研究了改性吸附剂对养殖废水中三种四环素类抗生素污染的去除效果。分别考察了改性浓度、沸石投加量、抗生素初始浓度、反应时间、pH、干扰离子等因素对吸附养殖废水中抗生素的影响,并设计正交试验优化反应条件。通过动力学、吸附等温线及热力学分析对改性沸石吸附土霉素、金霉素、四环素的机理进行深入探究。同时对CTAB改性沸石、FeCl3改性沸石、La(NO3)3改性沸石三种吸附剂的吸附性能、实用性及经济成本进行对比研究,以谋求最经济高效的吸附剂。最后,考虑到实际应用中原料的重复利用率,对改性沸石的再生进行研究。研究结果如下:
  (1)天然沸石经CTAB改性后层状结构明显,表面粗糙且分布着较为规则的细碎颗粒,整体形态更为蓬松。改性后比表面积与孔容孔径均增大。改性前后沸石均以介孔为主,N2吸附等温线均为IV形。天然沸石经CTAB改性后吸附性能明显提升,相同条件下CTAB改性沸石对三种抗生素的去除率比天然沸石均提高了15%以上。CTAB改性沸石对土霉素、金霉素、四环素的吸附均为发生在均匀表面的单分子层吸附,更符合langmuir吸附等温模型。吸附过程为自发的吸热反应,且在高温下更易进行。在温度318K下改性沸石对OTC、CTC、TC的最大饱和吸附量分别为20.52mg/g、120.05mg/g、79.18mg/g,显示了其较强的吸附性能。吸附动力学符合拟二级动力学模型及颗粒内扩散模型。
  (2)天然沸石经FeCl3改性后形状平整规则,层次分明,表面光滑。改性沸石内部分布着许多黑色小颗粒,表明Fe3+在改性过程中发生化学反应生成了Fe2O3,成功掺杂进入沸石孔道内。X射线能谱分析显示Fe元素的含量为0.639%。改性后比表面积与孔径增大,孔容减小。改性前后沸石均以介孔为主,N2吸附等温线均为IV形。天然沸石经FeCl3改性后吸附性能明显提升,相同条件下FeCl3改性沸石对三种抗生素的去除率比天然沸石均提高了15%以上。FeCl3改性沸石对土霉素、金霉素、四环素的吸附均为发生在均匀表面的单分子层吸附,更符合langmuir吸附等温模型。吸附过程为自发的吸热反应,且在高温下更易进行。在温度318K下改性沸石对OTC、CTC、TC的最大饱和吸附量分别为31.16mg/g、106.72mg/g、47.11mg/g,显示了其较强的吸附性能。吸附动力学符合拟二级动力学模型及颗粒内扩散模型。
  (3)天然沸石经La(NO3)3改性后表面光滑,改性沸石内部分布着许多黑色小颗粒,表明La3+在改性过程中发生化学反应生成了La(OH)3,成功掺杂进入沸石孔道内。X射线能谱分析显示La元素的含量为0.102%。改性前后沸石均以介孔为主,N2吸附等温线均为IV形。天然沸石经La(NO3)3改性后吸附性能明显提升,相同条件下La(NO3)3改性沸石对三种抗生素的去除率比天然沸石均提高了25%以上。La(NO3)3改性沸石对土霉素、金霉素、四环素的吸附均为发生在均匀表面的单分子层吸附,更符合langmuir吸附等温模型。吸附过程为自发的吸热反应,且在高温下更易进行。在温度318K下改性沸石对OTC、CTC、TC的最大饱和吸附量分别为36.98mg/g、127.55mg/g、55.68mg/g,显示了其较强的吸附性能。吸附动力学符合拟二级动力学模型及颗粒内扩散模型。
  (4)对比分析CTAB改性沸石、FeCl3改性沸石、La(NO3)3改性沸石三种吸附剂的吸附性能、实用性及经济成本,结果表明:La(NO3)3改性沸石对三种抗生素的去除效果最佳,吸附时间短效率高,且其在吸附剂原料制备中掺杂量极小,与掺杂量较大的FeCl3改性沸石在成本上并无明显差异。因此,选用La(NO3)3改性沸石最具经济效益。
  (5)采用热再生、NaOH再生、NaCl再生方法分别对La(NO3)3改性沸石吸附土霉素、金霉素、四环素后的再生效果进行研究。结果表明:三种再生方法中NaCl再生效果最好,经过三次再生后改性沸石对土霉素、金霉素、四环素的去除率均高于70%,说明该沸石重复利用后仍然具有较好的吸附性能。
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