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预水化膨润土吸附膜的制备及在印染废水中的应用毕业论文

 2020-02-17 11:02  

摘 要

随着国家环境保护和节水指导方针的实施日趋严格,以及公司自身的用水需求和产能扩张。印染废水的再利用已成为印染企业不可或缺的任务。印染废水的随意排放会对人类的生存环境构成重大威胁,于是,有效解决印染废水的渗透问题,成为研究的重点。

本文以新疆夏子街膨润土原矿为预水化膨润土吸附膜原料,经过预水化和钠化制成预水化膨润土吸附膜。通过研究发现利用预水化膨润土防水毯的部分工艺自制的预水化膨润土吸附膜在染料废水溶液中防渗效果一般,但对其过滤吸附效果良好,于是研究预水化膨润土吸附膜过滤吸附染料溶液具有更重要的意义。试验研究印染废水的种类、工艺条件等对预水化膨润土吸附膜处理废水的效果的影响,解析其影响机理。

研究结果表明:

1.将膨润土原矿用XRF、XRD、红外进行结构表征,实验结果表明:膨润土原矿的主要成分为蒙脱石,脉石矿物有伊利石、正长石、石英等矿物,提纯矿与原矿成分相近。原矿蒙脱石的含量约为58.82%,原矿吸蓝量为26g/100g;提纯矿蒙脱石含量约为63.35%,膨润土提纯矿的吸蓝量为28g/100g,均高于原矿。

2.使用两种不同的膨润土(原土、提纯土)制得预水化膨润土吸附膜,进行吸附过滤实验,原土过滤速度优于提纯土,吸附效果相近,脱色率均大于99.5%,可能是原土中杂质分布较多,制得的预水化膨润土吸附膜有更多的空隙,过滤效果更好。使用原土制得预水化膨润土吸附膜,使用不同厚度模具,进行吸附过滤实验:根据实验结果可以得出综合最好效果是1.5mm模具厚度时,过滤速度较快,过滤吸附效果较好,脱色率大于99.5%;碱性红46溶液不同初始浓度最终得到的滤液体积相近,说明对吸附过滤速度影响不大;染料溶液初始浓度越高,滤液吸光度越高,但吸附过滤效果仍然较好,脱色率可达99.4%;碱性红46和直接大红4B溶液最终得到的滤液体积和吸光度均相近,说明不同染料溶液对吸附过滤效果的影响并不大,脱色率均大于99.5%;综合得到1.5mm模具使用原土制得的吸附膜,过滤吸附效果更满足实际需要;预水化膨润土吸附膜对高浓度染料废水的吸附过滤效果非常好,值得进一步研究其吸附过滤机理,对印染废水的处理新技术工艺有着指导意义。

关键词:新型膨润土;防水毯;预水化;应用;吸附;染料

Abstract

With the implementation of national environmental protection and water-saving guidelines, the company's own water demand and capacity expansion. The reuse of printing and dyeing wastewater has become an indispensable task for printing and dyeing enterprises. The random discharge of printing and dyeing wastewater poses a major threat to the living environment of human beings. Therefore, effectively solving the problem of penetration of printing and dyeing wastewater has become the focus of research.

In this paper, the bentonite ore in Xiazi Street, Xinjiang is used as the raw material for pre-hydration waterproof blanket, and it is pre-hydrated and sodiumized to make pre-hydrated waterproof blanket. Through research, it is found that the self-made pre-hydration waterproof blanket has a general anti-seepage effect in the dye wastewater solution, but its filtration and adsorption effect is good. Therefore, it is more important to study the pre-hydration waterproof blanket adsorption membrane filtration adsorption dye solution. The effects of the types and process conditions of printing and dyeing wastewater on the treatment of wastewater from pre-hydrated waterproof blanket adsorption membrane were studied, and the influence mechanism was analyzed.

Research indicates:

1.The bentonite ore was characterized by XRF, XRD and infrared. The experimental results show that the main component of bentonite ore is montmorillonite. The gangue minerals include illite, feldspar, quartz and other minerals. similar. The content of raw ore montmorillonite is about 58.82%, the amount of raw ore blue is 26g/100g; the content of purified ore montmorillonite is about 63.35%, and the amount of blue absorbed by bentonite purification ore is 28g/100g, which is higher than the original ore.

2.Using two different bentonites (original soil, purified soil) to obtain the pre-hydrated waterproof blanket adsorption film, adsorption filtration experiment, the original soil filtration speed is better than the purified soil, the adsorption effect is similar, the decolorization rate is greater than 99.5%, It may be that there are more impurities in the original soil, and the prepared pre-hydrated waterproof blanket has more voids and better filtering effect. The pre-hydrated waterproof blanket adsorption film made from the original soil is used to carry out the adsorption filtration experiment using different thickness molds. According to the experimental results, the best overall effect is 1.5mm mold thickness, the filtration speed is faster, and the filtration adsorption effect is better. The decolorization rate is greater than 99.5%; the final filtrate obtained from different initial concentrations of alkaline red 46 solution is similar in volume, indicating that the adsorption filtration rate has little effect; the higher the initial concentration of the dye solution, the higher the absorbance of the filtrate, but the adsorption and filtration effect is still better. The decolorization rate can reach 99.4%; the volume and absorbance of the filtrate obtained by the basic red 46 and the direct red 4B solution are similar, which indicates that the effect of different dye solutions on the adsorption filtration effect is not large, and the decolorization rate is greater than 99.5%; The 1.5mm mold uses the adsorption film made from the original soil, and the filtration adsorption effect is more practical. The pre-hydration waterproof blanket has a very good adsorption and filtration effect on the high-concentration dye wastewater. It is worthy to further study its adsorption and filtration mechanism for printing and dyeing wastewater. Handling new technology processes has guiding significance.

Key words: new bentonite; waterproof blanket; pre-hydration; application; adsorption; dye

目 录

摘 要 I

Abstract I

目 录 i

第1章 绪论 1

1.1 印染废水 1

1.1.1 印染废水的概念 1

1.1.2 印染废水处理的研究现状 1

1.2 膨润土 2

1.2.1 膨润土的基本性能 2

1.2.2 膨润土防水材料的发展现状 2

1.3 预水化型膨润土防水毯 2

1.3.1 预水化型膨润土防水毯概念 2

1.3.2 预水化型膨润土防水毯的成分及结构 2

1.3.3 膨润土防水毯的研究现状 3

1.4 研究的背景及内容 3

1.4.1 研究的目的、意义 4

1.4.2 主要研究内容 4

第2章 试验原料、仪器与研究方法 5

2.1 试验化学试剂及仪器设备 5

2.2 试验原料 5

2.2.1 膨润土化学组成 5

2.2.2 膨润土的XRD和IR分析 6

2.2.3 吸蓝量测定 8

2.3 染料性质 9

2.4 表征方法 9

第3章 3D打印模具的制作 11

3.1 计算机建模 11

3.2 3D打印 11

3.3 模具使用方法 13

第4章 预水化膨润土吸附膜对染料的吸附 14

4.1 制备工艺 14

4.2 吸附实验 14

4.2.1 不同原料对碱性红46染料吸附过滤效果的影响 15

4.2.2 不同厚度膨润土吸附膜对碱性红46染料吸附过滤效果的影响 16

4.2.3 碱性红46溶液不同初始浓度对吸附过滤效果的影响 17

4.2.4 碱性红46和直接大红4B溶液对吸附过滤效果的影响 18

4.2 小结 19

第5章 结论 20

参考文献 21

致 谢 22

第1章 绪论

1.1 印染废水

1.1.1 印染废水的概念

印染废水是棉,麻,化学纤维及其混合化学加工过程产生的。目前,印染废水二级处理出水水质仍以纺产品为主的印染厂排出的废水,其主要的特点:水量大,有机污染物浓度高,色度深和pH变化大,水质显着变化。由于染料,助剂,织物处理要求的不同,染色废水的pH值,COD,BOD5,浓度,颜色等也不同,但是它们的共同特征之一是m(BOD5)/m(CODCr)的值,是非常低的,通常约0.2,不易生物降解。另一个常见的特征是色度高,有些可以高达4000倍。目前染色废水的处理工艺主要有理化和生物方法。生物主要用于有机污染物,但去除色度效果不好,去除率通常只有50%-60%,所以去除色度主要基于的物理化学方法。目前,印染废水二级出水水质不符合排放标准和再利用的要求,主要问题是,残留的COD是有机化合物,生化降解很困难,一般的混凝沉淀,吸附,气浮等方法也难以完全去除色度。因此,深度处理时主要处理难生化降解有机物质和色度。目前有物理方法,高级氧化方法,生物方法等。

1.1.2 印染废水处理的研究现状

目前,用于印染废水的高级处理的主要技术工艺过程有物理法,高级氧化法,生物方法等,这些都是必要的预处理或在印染废水处理过程中的深度处理步骤。

物理方法包括吸附法和过滤法。吸附法是最常用的方法之一。用于印染废水的吸附剂通常是活性炭。林超平等[1]使用废旧布袋活性炭,深度处理印染废水的尾水。研究发现COD去除率达到77%。杨占红[2]采用超声波活性炭组合工艺深度处理印染废水,COD去除率达到89.6%。虽然活性炭对废水COD和色度具有良好的去除效果,但活性炭再生过程中,再生后的吸附能力已明显降低,这限制了活性炭处理印染废水的应用。过滤过程利用过滤介质的选择性渗透性来实现印染废水的水净化。过滤介质主要由膜介质和沙子组成。膜技术是一项新兴技术。过滤精度,膜技术可分为微滤,超滤,纳滤和反渗透。微滤和超滤通常是纳滤和反渗透的预处理过程。Ou[3]等光催化氧化—膜过滤联合工艺处理印染废水,废水的COD去除率和脱色率均在75%以上。易利芳等[4]发现砂滤过程处理后染色COD去除率可达95%。然而,膜过滤期间的膜污染和衰减问题仍然需要研究和解决。

高级氧化技术(AOPs)是一种化学氧化技术,反应过程中存在的大量·OH自由基。高级氧化技术可以进一步细分为电化学方法,光化学氧化方法和化学氧化方法。Tung等[5]发现电化学/活性炭组合工艺可以将高浓度煤化工废水的色度去除率达到92%。陈志铮等[6]发现光催化UV TiO2氧化过程对印染废水中的COD的去除率达46%。

生物法处理印染废水包括曝气生物滤池(BAF)和生物活性炭(BAC)。BAF是一种需氧或缺氧生物反应器,它使用颗粒过滤器来固定生物膜并截留过滤,吸附和生物代谢。王玉峰等[7]使用陶粒BAF对兼氧—好氧生化预处理处理的印染废水进行了深入的初步研究。结果表明,BAF工艺除去色度的能力有限。BAC工艺使用活性炭作为载体来构建生物膜,在活性步骤中产生吸附的协同效应和有机材料的微生物氧化分解。孙根行等[8]使用BAC技术深度处理印染厂的二级生化出水,出水的COD质量浓度达到回用水水质要求。

1.2 膨润土

1.2.1 膨润土的基本性能

膨润土主要由火山灰或流纹岩的变质形成,其主要成分是蒙脱石矿物。蒙脱石是少量含有碱金属和碱土金属的含水硅铝酸盐。其化学式为Al2O3·4SiO2·3H2O。晶胞由两个硅氧烷四面体层和一个铝八面体层组成。晶体中的低价阳离子通常被高价阳离子取代,因此晶胞带负电,从而吸附阳离子。根据离子吸附的类型,膨润土可分为钠基膨润土和钙基膨润土。由于钠膨润土在单位晶体层中具有非常弱的键和良好的机理,钠离子本身具有小的半径和低的离子价,因此水可以进入单元晶体层,引起晶格膨胀,并且膨胀比高至10-30。虽然钙基膨润土具有高膨胀率,但其膨胀率仅为其三倍。因此,用于防水材料的膨润土通常由优质钠基膨润土制成。膨润土是一种天然纳米材料,粒径在0.1到10nm之间。

中国的膨润土资源丰富,质量上乘。例如,膨润土新疆下子街可以与美国和怀俄明州相比。但是,产品质量与国外的差距非常大。主要区别在于膨润土的提纯和深加工技术和设备。目前,国产膨润土主要采用粗加工,其应用主要以传统工业为主。

1.2.2 膨润土防水材料的发展现状

膨润土材料的使用始于20世纪20年代,主要用作颗粒和粉末形式的防水材料。膨润土在20世纪50年代后期开始在地下建筑防水市场,到20世纪60年代中期,有防水板,可擦拭和可喷涂的产品。在20世纪80年代中期,膨润土防水毯首次出现在美国和德国[9]。目前,防水膨润土材料的主要类型[10]是防水板、防水片材、防水卷材和密封材料等。

1.3 预水化型膨润土防水毯

1.3.1 预水化型膨润土防水毯概念

膨润土防水毯(Geosynthetic Clay Liners,GCL)是一种毯状织物,通过针刺将钠基膨润土均匀编织到两层高强度土工织物的中间而制成[11],土工织物主要起保护作用[12]。预水化型防水毯在传统的防水膨润土毯中,为蒙脱石的膨胀提供了必要的淡水,确保在任何环境下的膨胀和密封。易于附着,性质稳定,不易老化和破损,生产成本非常低。

1.3.2 预水化型膨润土防水毯的成分及结构

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