磁性碳材料的制备及其在染料污水处理中的应用开题报告

1. 研究目的与意义

有色废水是染料工业和染料消费行业的间接产物，已经成为危害人们日常生活质量和身体健康的一种日益严重的水污染问题。例如，随着中国工业的迅速发展和经济水平的不断提高，用于纺织品染色的染料废液每天有3000-4000吨直接排放。这些随意排放的染料一方面会导致水体的异常染色，同时还会减少水体中植物的光合作用，从而破坏生态系统。此外，最近的科学研究表明，染料会对各种哺乳动物的器官产生致癌和致突变作用，并通过食物链进一步危害人体健康。因此，对含染料的废水处理具有重要的实际意义，且许多国家的政府也高度要求适当的治疗。但是由于染料的结构复杂，化学性质稳定，所以染料不易被重新移动。因此，去除含电子的染料是一种有趣的挑战。

应用多种技术去除各种水溶液中的染料，包括凝固、絮凝、臭氧、过滤、电化学、真菌脱色等。但这些方法在实际工业应用中存在不可忽视的缺陷，因为它们具有很高的资本和运营成本。考虑到最初的成本、灵活性和设计的简单性、操作的便利性和对有毒污染物的不敏感性，吸附技术被证明在水的再利用方面更有效。然而，除了高成本、二次污染，以及使用官能团来修改这些吸附剂表面的必要性，是大规模工业生产的另一个主要缺点。这表明了寻找其他可吸附的吸附剂的重要性，这些吸附剂仍然是低成本和同样有效的。

目前，一种常用的废水处理方法是直接用经过处理的碳材料对工业废水中的染料有机物进行吸附，再通过自动沉降、离心等方法将吸附了染料的碳材料收集，从而达到净化处理染料污水的目的。然而，这种方法存在自身缺陷，包括：一、自动沉降需要一定的时间，延长了水处理的周期，不利于污染源的控制；二、自动沉降不适合水流较急的情况；三、离心只适用于实验室研究，不适合大流量的情况；四、吸附剂不方便回收。

2. 国内外研究现状分析

自然界中的很多物质具有多孔结构，有良好的吸附性能，可用来处理染料废水。天然矿物主要包括各种黏土，矿石，煤炭等，一般储量都比较丰富，我国矿渣，炉渣，煤渣，粉煤灰等废物量也很多，成本更为低廉，因此这些无机吸附剂的应用前景比较广阔。 曾秀琼用改性的天然膨润土吸附活性艳红X-3B，并与活性炭进行比较。结果表明，两者对废水的脱色率都在90%以上。Konduru R. Ramakrishna等将泥煤、钢渣、膨润土、粉煤灰等无机吸附剂和活性炭对染料的吸附性能进行了比较，试验结果表明，钢渣、粉煤灰对酸性染料以及泥煤、膨润土对碱性染料的吸附效果可以和活性炭相媲美，而这四种吸附剂对分散染料的吸附效果都优于活性炭，这一结果为低成本的吸附剂走向工业化应用提供了科学依据。很多科学家对一些天然的原料和农业精制炭进行了进一步处理，并研究了这些物质的吸附行为，其中桉树皮、稻壳、竹子、麦杆、椰子壳、野草、木薯皮、花生壳、李子核、棕榈果等天然炭纤维经过处理后对染料都有很好的吸附效果。但是这些吸附剂吸附饱和后如何处置是有待解决的难点。找到一种行之有效的吸附剂可以更好的处理染料废水。

3. 研究的基本内容与计划

3.1研究内容

3.1.1材料

罗丹明B；甲基橙；亚甲基蓝；所有水溶液均采用去离子水制备并用水净化系统进行提纯；

3.1.2磁性生物碳制备

将生物质或生物炭粉末与前驱体溶液混合,搅拌或者超声处理一定时间使两者进一步融合,过滤并干燥.然后取一定量预处理的混合物样品置于无氧环境中高温热裂解、烧结,冷却出炉后反复洗涤、干燥,得到磁性生物炭.对于浸渍法,磁性颗粒是在热解过程中通过氧化还原反应形成并负载至样品表面的,其优点是赋磁与热解一步完成,步骤少,工艺简单,同时磁性颗粒与生物炭基体的结合较为稳定,被多数研究人员采用.

3.1.3吸附实验

将获得的磁性吸附剂分别加入到三种染料溶液（罗丹明B；甲基橙；亚甲基蓝）中，进行了间歇吸附试验。经过超声波处理半分钟后，混合物在可控温度下在恒温振动器中摇动。根据需要，在适当的时间间隔取样。利用磁体的辅助方法，将吸附在吸附剂上的磁性吸附剂从溶液中分离出来，然后计算其余染料的浓度。

3.1.4 PH值的影响

在本研究中，用超声波在室温下使用的磁性吸附剂，使三种染料受到刺激。对样品进行了磁分离，并对其进行了分析。

3.1.5吸附剂用量的影响

磁性碳吸附剂量(10、15、20、25、30 mgL1）分别与50毫升的染料实验，在5分钟的轻微摇晃中，将吸附剂取出，测量了上清液中染料的残余浓度。

3.2研究计划

4. 研究创新点

磁性吸附剂由于其具有磁性，因此具有可回收利用、对某些染料具有特异性以及易于分离等优点，已经发展成为染料废水的新型处理吸附剂。其成本低、灵活有效、设计简单、操作方便、对有毒污染物不敏感。