摘要
近年来，工业发展迅速，随之产生越来越多的各种工业废水，其排入水体造成水污染问题愈演愈烈。其中，染料废水是重要的水污染来源，排放到水体中的染料很难生物降解，往往会阻碍阳光和氧气的渗透，从而抑制水生系统的光合活性，造成严重的环境问题。此外，染料具有较强的致癌性、致畸性、诱变性和毒性，对人类和水生生物构成严重威胁。因此，染料废水的治理十分必要。 与其他工艺相比，吸附法处理染料废水经济高效，操作简单，不产生有毒有害物质。吸附剂的性质是影响吸附处理效果的重要因素，空心玻璃微球（HGM）作为一种新型的颗粒材料，具有良好的稳定性和可改性，是吸附剂的理想载体。HGM的主要成分是SiO2，通过对其进行改性，可以使HGM携带不同的官能团，大大提高了HGM的应用范围。对HGM表面改性技术的研究已有报道，但在废水处理工程中应用较少，HGM是中空结构，比表面积大，密度较小，可实现自上浮，易于在水体表面富集，具有较强的分离能力，有利于后续固液分离、吸附物回收和再利用，使其作为一种新型水处理剂的载体具有广阔的应用前景。 研究制备了自上浮吸附剂Am-SA，并对其进行了表征，进一步研究了Am-SA去除阴离子染料酸性橙（AO7）和阳离子染料结晶紫（CV）的吸附性能和机理。主要研究内容和结论如下： ①以HGM为载体，用高浓度NaOH对其进行预处理得到HSM，再用硅烷偶联剂A-1100对HSM进行接枝改性，成功制备了可自发完成上浮和表面固液分离的两性吸附剂Am-SA，合成方法简便可行。 ②采用SEM、XPS、XRD、Zeta电位、EDS、TGA、粒度等表征方法对Am-SA的形态、结构和化学特性进行了研究，分析表明，Am-SA呈现出规则球状；A-1100成功接枝，预处理过程破坏了Si?O键，增加了Si?OH的数量；随着pH的升高，Am-SA的zeta电位显著降低；材料热稳定性良好；密度较小，30min基本可实现自上浮分离。 ③研究了Am-SA对AO7的吸附性能。吸附容量随pH值增大而显著减少，pH=2时吸附效果最好，最大吸附容量为88.13mg/g；Am-SA对AO7的吸附反应在5min时基本达到平衡；SO42-、NO3-和Cl-会与AO7产生竞争吸附，浓度较低时对Am-SA吸附AO7的处理效果影响较小；Langmuir等温线模型拟合相关性最好，表明反应为单层吸附；PSO吸附动力学模型拟合相关性最好，说明反应主要受化学吸附机理控制；热力学参数ΔH＞0，ΔS＞0，ΔG＜0，说明该反应为吸热、自发反应，升温促进反应的进行；Am-SA对AO7的吸附容量经过5次循环利用后仍可达到初始平衡吸附容量的75%；吸附剂在吸附前后的FTIR分析结果表明，Am-SA表面的氨基对AO7的吸附起重要作用，Am-SA对AO7的吸附的主要机理为静电作用。 ④研究了Am-SA对CV的吸附性能。吸附容量随pH值增大而显著增大，pH=10时吸附效果最好，最大吸附容量为567.40mg/g；Am-SA对CV的吸附反应在1000min时基本达到平衡；Na+、K+和Ca2+会与CV产生竞争吸附，浓度较低时对Am-SA吸附CV的处理效果影响较小；Langmuir等温线模型拟合相关性最好，说明反应为单层吸附；PSO吸附动力学模型拟合相关性最好，说明反应主要受化学吸附机理控制；热力学参数ΔH＞0，ΔS＞0，ΔG＜0，说明该反应为吸热、自发反应，升温促进反应的进行；Am-SA对CV的吸附容量经过5次循环利用后仍可达到初始平衡吸附容量的86%；吸附剂在吸附前后的FTIR分析结果表明，Am-SA中的硅烷羟基对CV的吸附起重要作用，Am-SA对CV的吸附的主要机理为静电作用。 ⑤对比了Am-SA与其他吸附剂对AO7和CV的吸附容量，结果表明Am-SA的吸附容量处于较高水平，可高效去除AO7和CV，并且Am-SA具有pH响应性和两性特性，能够自上浮分离，易于再生，有望实际应用于两性染料废水的处理。
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