2-氨基-5-甲基苯磺酸在不同吸附剂上的吸附行为[开题报告].doc

1、毕业论文 开题报告 环境工程 2-氨基 -5-甲基苯磺酸在不同吸附剂上的吸附行为 一、 选题的背景、意义 水乃生命之本，万物之源，一切的都发展都源于这宝贵的物质基础。现今国内水资源状况十分短缺，人均占有量也仅为世界平均水平的四分之一，阻碍和制约着我国社会主义经济的发展。近代国内经济水平突飞猛进，工业化程度也正呈现着高速发展的趋势，但是经济的发展总是以环境的破坏为代价的，水资源污染中很大一部分就是工业废水的严重恶化污染1。工业废水的污染以其污染大、污染物浓度高、废水排放量大、废水中含有多种有毒有害物质废水成分复杂以 及水量变化大等特点而成为目前我们所面临的主要问题。 在我国的工业废水中，含芳香磺

2、酸类工业废水是我国工业系统中重点污染源之一。含芳香磺酸类工业废水有机污染物浓度高、成分复杂、色度深、水质变化大、生化性极差，是一类比较难处理的工业废水 2。如果这些废水不经过处理直接排入江河中，会造成很多严重的环境污染问题。这应该引起社会各界以及工业部门、环保部门的高度重视，为了保护我们周边的环境不被破坏，为了实现经济效益和环境效益的双赢，利用合理有效的方法对含芳香苯磺酸类工业废水进行有效处理具有非常重要的意义。 二、相关研究 的最新成果及动态 现阶段对含芳香磺酸类工业废水的处理主要集中在物化处理，物理化学方法有树脂吸附法、高级氧化法、萃取法等，其他方法还有生物处理法。现简单介绍一下最新研究成

3、果。 1.物理化学法 1.1 树脂吸附法 吸附法以其能够选择性地富集某些化合物而受到广泛关注，它是利用多孔固体物质具有的高比表面积或所带有的功能基团，通过分子间作用力，对废水中的污染物进行有效的分离，采用的吸附剂有活性炭、粉煤灰、改性纤维素、黏土矿物、硅胶和树脂等。含芳香磺酸类工业废水一般是强极性的，在广泛的 PH 范围内以离子态存在，很难被疏水 性的吸附剂吸附，比如在工业水处理中被大量使用的活性炭。 自 20 世纪 60 年代以来，随着大孔结构离子交换树脂和吸附树脂的出现，大孔树脂克服了活性炭等吸附剂所存在的的缺点，较好的解决了吸附选择性差、解吸再生困难和物理化学稳定性差等问题，已广泛应用于

4、有机废水的治理 3。针对含芳香磺酸类工业废水的特点，科学工作者合成出具有不同物理和化学结构的大孔树脂，用来处理该类废水并取得了良好的效果。 树脂吸附法处理废水具有工艺简单、操作方便、利于综合利用和变废为宝等特点，在保护环境的同时回收了资源，是处理含芳香磺酸类工业废水的 有效方法之一 4。今后，合成具有高吸附容量、高选择性的大孔树脂是该法处理含芳香磺酸类工业废水的研究重点。 1.2 高级氧化法 高级氧化法可使化合物的结构发生改变，色度降低，降低 COD 和 TOC，提高 BOD5/COD的比值。目前环境科学领域研究最活跃的是应用高级氧化技术（ AOP）来处理高浓度、难以生物降解的废水，在水溶液中

5、产生以羟基自由基为主的强氧化自由基，快速分解难降解的污染物，并显著提高废水的可生化性 5.6。用于含芳香磺酸类工业废水处理的高级氧化技术主要有以下几种。 （ 1） Fenton 试剂氧化法。 Fenton 试剂氧化法属于均相催化氧化法，它用为氧化剂，为催化剂，在酸性溶液中发生下列反应： H2O2+Fe2+ Fe3+ OH+OH- Fe2+ OH Fe3+OH- Fe3+H2O2 Fe2+ HO2+H+ 整个反应体系关键是通过 F 在反应中起激发和传递作用，使链反应能持续进行，直至耗尽。反应中激发出氧化能力仅次于的羟基自由基（），对于芳香族物质来说，基的作用是破坏芳香核，形成芳香族化合物 7，后

6、者在大多数情况下比取代的芳香物可生化降解性好，随后，脂肪族化合物向无机物质形态转化，转化的程度与的 剂量有关。 Fenton 试剂氧化法不仅可有效降低芳香磺酸类有机化工废水的 COD 值，而且可以明显地提高 BOD5/COD 比 值。 （ 2）臭氧氧化法。臭氧氧化法在近 20 年来的废水处理中得到较多的关注，在碱性条件下，臭氧和水中有机物主要通过自由基反应来降解有机物 9，诱发产生羟基自由基的过程如下： O3+OH- HO2-+O2 O3+ HO2- OH+ O2-+O2 臭氧对不同分子结构的芳香磺酸类物质具有不同的氧化降解效率。为了增强臭氧氧化效率，臭氧往往与催化剂、 UV 等相结合。 除了

7、 Fenton 试剂和臭氧氧化 法外，湿式氧化法和光催化氧化法也被用来处理含芳香磺酸类工业废水 10。高级氧化技术（ AOP）用于处理芳香磺酸类有机化工废水具有适应性强、能快速和较彻底地降解有机物或提高废水的可生化性的特点，但高级氧化技术的主要问题是反应条件比较苛刻，运行费用比较高。 Fenton 试剂和臭氧氧化法药剂消耗量大，催化剂无法回收；湿式氧化法需要高温、高压设备、能耗大；光催化氧化反应选择性差，废水浊度高时透光率低，处理难见效果。因此只有进一步改善反应条件，降低运行费用，高级氧化技术才可能有望成为经济有效的废水处理技术。 1.3 萃取 法 萃取法是利用混合物中各成分在两种互不相溶的溶

8、剂中分配系数不同而达到分离的方法。芳香族磺酸化合物属强 Lewis 酸，其酸性接近于无机酸，水溶性较大，用普通萃取法难以奏效，络合萃取法则对该种废水具有较好的处理效果。络合萃取法处理芳香磺酸类工业废水是利用胺类化合物特别是叔胺类萃取剂能与芳香磺酸类化合物形成络合物而脱离水相的机理。在碱性条件下，络合物又会发生分解反应，使萃取剂得到再生。液膜分离技术是新开发的可应用于废水治理的萃取技术，在表面活性剂的作用下将萃取剂制成油包水型的液珠，污染物在载体作用下透过膜层进入萃 取相，分层后将萃取相破乳即可得到浓缩液，同时回收有机相 11。 络合萃取法和液膜萃取法处理含芳香磺酸类有机化工废水，是选用了与待分

9、离回收物质发生化学反应的萃取剂进行化学萃取，因此，具有良好的选择性、单向迁移性及快速高效等特点，达到消除污染和回收资源的双重目的。但萃取过程中可能存在着有机溶剂的溶解和夹带而流失到水相，不仅使运行成本增加，同时还可能因潜在的有毒污染物造成新的污染。 2生物处理法 2 1好氧法 好氧生物处理是在有氧情况下，废水中的有机物通过活性污泥吸附、氧化、还原、合成过程，把有机物氧化成简单 无机物。好氧法处理效率高，速度快，比较经济，是染料、染色废水处理的主要方法。 2 2厌氧法 厌氧法是厌氧条件下，通过厌氧微生物对有机物进行酸性发酵和碱性发酵两个阶段的厌氧分解。完成代谢过程，即在产酸微生物作用下有机物转化

10、为低级脂肪酸、醇、氨、二氧化碳等中间产品，而后在甲烷细菌作用下再转化为甲烷、二氧化碳 12。厌氧法代谢速度慢，停留时间长，容器体积大。消化过程复杂，影响因素多，对过程参数控制严格，有安全问题，工程造价高，而且厌氧代谢受氢体是有机物及硫酸盐、硝酸盐等含氧化合物，容易还原，有机物氧化不完全，处 理水质不够稳定，一般用于有机污泥或特高浓度废水处理。 近年来水处理工作者对中间体废水、染料、颜料、农药废水研究表明 13，某些不能或难以好氧生物氧化的有机物，在不同程度上是能够厌氧降解的，而且反应是厌氧开始阶段水解性细菌起主要作用。显然，厌氧法在水处理工程中将会有更广泛的应用前景。 2 3生物强化法 生物强

11、化按其强化手段可以分为生物强化和生物促进两种，生物促进即通过向体系中添加营养物质或者电子受体来促进原始微生物污染物的降解的生物强化方法；通常所说的生物强化则是通过向体系中添加具有污染物降解能力的微生物而 达到污染物高效降解的方法14。这种生物强化按照其所投加的强化菌制剂又分为以下几种：（ 1）投加预先筛选的纯菌株；（ 2）投加预先筛选的菌群；（ 3）投加基因工程菌，用来防止目标污染物生成有毒或顽固的中间产物；（ 4）投加组装在载体中的生物降解相关基因，来保证它们能转化并结合到污染环境中已存在的微生物中。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、难点及预期达到的目标 1研究内容 ：本课

12、题主要研究三种树脂对 4B 酸的吸附行为，选取其中吸附性能最好的树脂处理苯磺酸废水。 2研究方法： （ 1）查阅相关的文献 资料，了解苯磺酸废水的水质特点 ，寻找合适的吸附剂。 （ 2）根据废水水质的特点，确定实验的方案。实验包括静态平衡吸附实验、 pH 值对三种树脂吸附 4B 酸的影响、静态吸附动力学实验。 （ 3）完成论文的实验，进行数据处理与图表的绘制。 （ 4）完成毕业论文的撰写和修改工作。 3研究难点： 芳香族磺酸类化合物在其生产过程中会产生大量的含芳香磺酸类工业废水，这类废水产量大、含有高浓度和 S，因而其生化性极差，难以用一般生物降解法处理。 四、论文详细工作进度和安排 2010

13、.11.15-2010.11.20 完成毕业论文管 理系统网上选题、确认； 2010.11.21-2010.12.20 完成文献综述、开题报告，并准备进行开题答辩资料； 2010.12.21-2011.1.15 编写论文实验方案，准备好所需仪器、试剂； 2011.2.20-2011.4.30 完成论文实验研究的全部工作，进行数据整理； 2011.5.3-2011.5.25 毕业论文初稿撰写、修改及定稿； 2011.5.25-2011.5.30 论文 ppt 制作、参加论文答辩，提交与毕业论文相关的其他材料。 五、主要参考文献 1李家珍 .染料、染色工 业废水处理 .化学工业出版社 ,1997.

14、 2高廷耀，顾国维，周琪 .水污染控制工程 M.北京：高等教育出版社， 2007. 3孙越，高姣，王志良，李爱民，张全兴 .三种树脂对水溶液中对氯苯胺吸附性能的比较研究 .离子交换与吸附， 2010， 26（ 2）： 139-144. 4 王津南 , 周扬 , 李爱民 , 许丽 , 许玲 . 氨基修饰超高交联树脂对单宁酸的吸附行为及机理研究 . 高分子学报 , 2010, (1): 196-101. 5 陈火林 , 张家泉 , 卢俊彩 , 谢家理 , 蒋丽丽 , 游秀娟 , 李立峰 . 树脂吸附 法处理二氯吡啶酸生产废水 . 工业水处理 , 2008, 28(2): 26-29. 6 王志良

15、, 陆继来 , 李国平 , 刘 伟 , 李爱民 , 夏明芳 . 树脂吸附法处理对氨基苯酚废水 . 化工环保 , 2008, 28(2): 137-140. 7 王津南 , 李爱民 , 周友冬 , 张全兴 . 硝基修饰的超高交联树脂对酚类化合物的吸附研究 . 环境污染与防治 , 2008, 30(5): 4-9. 8 翟志才 , 陈金龙 , 张全兴 . 树脂吸附法处理氯霉素中间体 DL-氨基物合成废水 . 环境污染治理技术与设备 , 2004, 5(7): 147-51. 9 孙越 , 陈金龙 , 李爱民 , 张全兴 . 胺基修饰的高度交联聚苯乙烯树脂对间苯二酚吸附行为研究 . 高分子学报 ,

16、2005, (6): 801-806. 10 孙越 , 陈金龙 , 李爱民 , 张全兴 . 复合功能树脂吸附对苯二酚的热力学研究 . 环境科学与技术 2005 28(6): 7-11. 11 费正皓 , 施卫忠 , 李振兴 , 李万新 , 王京平 , 张根成 , 唐树和 . 氨基酸修饰的吸附树脂对间苯三酚的吸附效果 . 高分子材料科学与工程 , 2010, 26(6): 64-70. 12 Thanh H. Nguyen, and William P. Ball. Absorption and Adsorption of Hydrophobic Organic Contaminants to

17、Diesel and Hexane Soot. Environ. Sci. Technol. 2006, 40(6): 2958-2964. 13 Kun Yang, Li Zhongzhu, and Bao Shanxing. Adsorption of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons by Carbon Nanomaterials. Environ. Sci. Technol., 2006, 40(9): 1855-1861. 14 金兆丰 , 余志荣 . 污水处理组合工艺及工程实例 M. 北京 : 化学工业出版社 . 2002. 15 中华人民共和国国家

18、标准 , 城镇污水处理厂污染物排放标准 (GB18918-2002). 16 中华人民共和国国家标准 , 污水综合排放标准 (GB8978-1996). 17 Thanh H. Nguyen, and William P. Ball. Absorption and Adsorption of Hydrophobic Organic Contaminants to Diesel and Hexane Soot. Environ. Sci. Technol. 2006, 40(6): 2958-2964. 18 Kun Yang, Li Zhongzhu, and Bao Shanxing. Adsorption of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons by Carbon Nanomaterials. Environ. Sci. Technol., 2006, 40(9): 1855-1861.