藥品和個(gè)人護(hù)理用品ppcps的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望

藥物和個(gè)人護(hù)理用品的pp-cps已成為一個(gè)吸引人們注意的新環(huán)境。三氯生是一種殺菌劑,廣泛用于人們?nèi)粘Ｉ钣闷?如肥皂、洗發(fā)水、牙膏、芳香劑等)和消費(fèi)產(chǎn)品(紡織品、鞋、塑料制品等)中。近來研究表明,三氯生及其甲基衍生物是污染地表水的最重要的有機(jī)污染源之一,它具有長(zhǎng)期殘留性、生物蓄積性和高毒性,三氯生在光照和受熱時(shí)容易導(dǎo)致二惡英的形成,危害很大,已成為國內(nèi)外水處理領(lǐng)域內(nèi)研究的熱點(diǎn)內(nèi)容之一。已有研究結(jié)果表明,三氯生等PPCPs的去除機(jī)理主要為吸附和微生物降解。與傳統(tǒng)活性炭相比,碳納米管(CNTs)是一種具有中空管狀結(jié)構(gòu)、較大比表面積和高表面活性的新型納米材料,自1991年被發(fā)現(xiàn)以來,引起許多科學(xué)工作者的極大興趣。在吸附廢水中有害離子(如Pb2+、Cd2+、Fe3+等)及有機(jī)污染物(如苯酚、對(duì)硝基苯酚等)方面,碳納米管不僅具有很高的吸附能力,而且吸附速度很快,遠(yuǎn)優(yōu)于活性炭等傳統(tǒng)吸附材料,具有很大的應(yīng)用潛力。本實(shí)驗(yàn)采用碳納米管作為吸附劑,考察不同操作工藝條件對(duì)三氯生在碳納米管上吸附的影響,優(yōu)化工藝條件,并對(duì)其吸附機(jī)理進(jìn)行初步探討。1實(shí)驗(yàn)部分1.1u3000儀器儀器:WFZ-UV-2000型紫外-可見分光光度計(jì);THZ-82型氣浴恒溫振蕩器;DHG-9041A型電熱恒溫干燥箱;AR2140型電子分析天平;AnKeTDL-40B型離心機(jī);DZG-303A型實(shí)驗(yàn)室專用純水機(jī);超聲波清洗機(jī);SHB-III型循環(huán)水式多用真空泵;精密pH試紙。試劑:CNTs(粒徑10~30nm,20~40nm,>50nm),三氯生(純度>99%),氫氧化鈉(分析純),鹽酸(分析純),濃硝酸(分析純),去離子水。1.2帶菌帶微濾膜制備實(shí)驗(yàn)將一定量的CNTs,加稀硝酸中(濃硝酸∶水=1∶4)浸泡,超聲1h,室溫浸泡23h,微濾膜過濾并反復(fù)洗至濾液pH值呈中性,干燥,研細(xì),放入干燥器備用。1.3三氯生物測(cè)定三氯生采用紫外分光光度法。1.4氯生溶液穩(wěn)定性測(cè)定在一系列250mL錐形瓶中,分別加人一定濃度的三氯生溶液50mL,在恒溫振蕩箱中于25℃下振蕩一定時(shí)間,離心分離,過濾,取濾液測(cè)剩余溶液的吸光度。根據(jù)反應(yīng)前后的溶液濃度計(jì)算吸附量和去除率。1.5預(yù)測(cè)去除率測(cè)定u吸附量計(jì)算式:qe=V(Ce-C0)/m(1)去除率計(jì)算式:E=(C0-Ce)×100/C0(2)式中:qe為吸附量(mg/g),V為溶液體積(L),C0為初始濃度(mg/L),Ce為平衡濃度(mg/L),m為CNTs的用量(g),E為去除率(%)。2結(jié)果與討論2.1投量對(duì)于cnts全覆蓋的影響在一組250mL的錐形瓶中,各加入一定濃度的三氯生溶液50mL,分別向其中加入不同量的CNTs,在25℃條件下振蕩60min,離心、過濾后,分析溶液中剩余三氯生的濃度,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。由圖1可以看出,3種粒徑的CNTs均有較高的去除率,隨著CNTs投量的增加,其去除率逐漸增大。粒徑在10~30nm的CNTs吸附效果最好,其最高去除率可達(dá)94.5%。而粒徑>50nm的CNTs,其最高去除率只有81.1%,這主要是因?yàn)樘技{米管的粒徑越小,其比表面積就越大,因而吸附性能越好。為此,本實(shí)驗(yàn)采用10~30nm的CNTs作為吸附劑。從圖1還可以看出,當(dāng)投加量為0.07g時(shí),吸附基本達(dá)平衡,為使反應(yīng)進(jìn)行徹底,實(shí)驗(yàn)適宜的CNTs用量為0.08g。2.2去除率的影響固定其他條件不變,吸附劑為10~30nm的CNTs,投加量為0.08g,考察溫度對(duì)三氯生去除率的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出,去除率受溫度影響不大,總體看來,去除率還是隨溫度升高而降低。當(dāng)溫度在20~25℃范圍內(nèi)變化時(shí),去除率保持在82%左右,當(dāng)溫度在25~30℃時(shí),三氯生去除率有所下降,而溫度超過30℃時(shí),去除率變化很小。故選擇25℃為適宜的溫度。2.3溶液ph對(duì)三氯生去除率的影響固定其他條件不變,吸附劑為10~30nm的CNTs,投加量為0.08g,考察25℃時(shí)溶液pH對(duì)三氯生去除率的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。由圖3可以看出,隨著pH值的增大,三氯生去除率逐漸降低,最高去除率出現(xiàn)在pH值6.5左右,其去除率高達(dá)97%,考慮廢水排放標(biāo)準(zhǔn)pH值6~9,選擇適宜的pH值為7.0。2.4cnts的吸附時(shí)間固定其他實(shí)驗(yàn)條件為選定的適宜條件,考察振蕩時(shí)間對(duì)三氯生去除率的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。由圖4可知,純化的CNTs對(duì)水中三氯生的吸附去除速度很快。在吸附開始的前10min之內(nèi),去除率迅速上升,達(dá)到總?cè)コ实?0%。反應(yīng)30min后,隨時(shí)間的延長(zhǎng),去除率上升緩慢,為了使反應(yīng)進(jìn)行徹底,取最佳反應(yīng)時(shí)間為60min。2.5平衡吸附量對(duì)最高吸附量的影響在溫度25℃時(shí),計(jì)算CNTs對(duì)三氯生的吸附量,以吸附量qe(mg/g)對(duì)平衡后三氯生的濃度Ce(mg/L)作圖,得到等溫吸附線,如圖5所示。由圖5可以看出,隨著三氯生平衡濃度的增大,平衡吸附量顯著增加,最高吸附量達(dá)40mg/g。采用Langmuir、Freundlich和BET等溫吸附方程方程對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬,發(fā)現(xiàn):三氯生在純化的CNTs的吸附能很好地符合Langmuir和Freundlich吸附等溫方程,Langmuir和Freundlich吸附等溫方程方程具體形式分別為:1/q=0.0552Ce+0.0225、lnq=0.3214lnCe+2.8234,相關(guān)系數(shù)R2分別為0.9865和0.9944,由此可以初步判斷三氯生在碳納米管上的吸附為單分子層吸附,因而碳納米管的表面積大小直接決定了其對(duì)三氯生吸附去除的效果。3氯生在碳納米管上的吸附行為(1)3種粒徑的CNTs均有較高的三氯生去除率。粒徑在10~30nm的CNTs去除效果最好,最高去除率達(dá)94.5%。而粒徑>50nm的CNTs,最高去除率只有81.1%。(2)溫度對(duì)三氯生在碳納米管上的吸附影響不大,低溫有利于吸附反應(yīng)的進(jìn)行。(3)pH對(duì)三氯生在碳納米管上的吸附有較大的影響