1.1 研究背景
水环境问题是我国目前日益严重的环境问题，水污染已成为亟待解决的热点和难点问题。2015 年出台的整治水污染的专项措施水污染防治行动计划中，把工业废水作为整治的重点。染料废水的是工业废水的重要来源之一，在纺织、化工、轻工等行业都有涉及[1-3]，我国的染料年产量，染料废水的排放量都居世界首位，但很多染料废水的排放企业在工艺技术水平、生产管理模式、生产设备先进性、污染防治有效性上都相对落后，因此染料废水的排放对环境的污染愈发严重[4, 5]。染料废水的治理也引起了广泛关注。 孔雀石绿属于三苯甲烷型的绿色染料，是有毒的三苯甲烷类化学物，既是染料，也是杀真菌、杀细菌、杀寄生虫的药物，长期超量使用可致癌，无公害水产养殖领域国家明令禁止添加。由于没有低廉有效的替代品，孔雀石绿在水产养殖中的使用屡禁不止。 电絮凝技术由于其设备简单，操作管理方便，耐冲击性强、投资省等优点，被称为环境友好型技术，但其同时具有能耗高，电极易钝化的缺点，近年来电絮凝技术的改进研究成为国内外学者的研究热点。 具有天然吸附能力的生物质吸附剂技术近年来被广泛研究，来源丰富、廉价易得的生物质吸附剂有着广阔的应用前景。 本论文利用生物质吸附剂的优越吸附性，致力于电絮凝技术的改进，构建电絮凝生物质吸附剂吸附耦合体系，研究其对染料废水的去除效率，探讨最佳条件，研究反应特征和机理。
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1.2 染料废水特点和处理方法
染料按性质可分为直接染料、酸性染料、活性染料、分散染料、阳离子染料、冰染染料、还原染料和缩聚染料[6]。染料废水主要来源于染料行业和染料中间体行业，其中含有各种中间体结晶的母液，也掺杂了生产过程中流失和冲刷地面的污水[7, 8]。其主要特点包括：色度高、COD 值高、水质成分复杂、有机物浓度较高、有毒有害物质浓度大、含盐量高、水质水量变化大、难生物降解等。目前染料废水的处理方法分为物理法、化学法和生物处理法[9, 10]。 吸附是利用具有多孔结构和较大比表面积的吸附剂吸附水中的污染物质使水质得到净化的方法。吸附法自 70 年代兴起，在水处理中被广泛应用，吸附法成本低，效率高，吸附剂来源广泛，最常用的吸附剂是活性炭类，由含碳物质经过高温炭化而得，具有较大的比表面积和较好的吸附性，但活性炭具有选择吸附性，且再生成本较高，制约其大规模使用。目前的研究多集中在活性炭的改性上[11, 12]。
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第2章 实验材料与方法
2.1 物质吸附剂的制备方法
2.2.1 花生壳的制备
购买的花生剥去花生粒留下花生壳，用自来水洗涤数遍至没有浮土，然后置于烘箱中 60℃烘干，所得的花生壳经小型粉碎机粉碎并过 80 目筛，得到的粉末用蒸馏水洗涤 3 次以去除悬浮物和可溶性物质，再置于烘箱中 60℃烘干至恒重，制得的粉末放入塑料瓶中密封保存以备使用。
2.2.2 改性稻壳的制备
（1）稻壳预处理：用蒸馏水洗涤数遍除去浮土和其他杂质后置于烘箱中 60℃烘干，之后用小型粉碎机粉碎并过 80 目筛，得到的粉末用蒸馏水洗涤三次去除悬浮物和可溶性物质，置于烘箱中 60℃烘干至恒重，去除放入塑料瓶中密封以备改性。
（2）稻壳改性：称取 5g 预处理之后的稻壳按所需固液比（1:2、1:5、1:8、1:10）分别浸入 5%的 Na OH 溶液中改性不用时间（10min，20min，30min，40min），之后用蒸馏水洗涤至中性，置于烘箱中 60℃烘干至恒重备用。
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2.2 实验装置与实验方法
本论文实验用反应器为自制的有机玻璃反应器，长宽高分别为 12cm、4cm、12cm，容积为 576m L，反应器底部设有通气管，连接曝气泵以鼓入空气，曝气量为 6L/min，铝板和不锈钢板作为阳极和阴极以需要的距离平行放置，有效极板面积为 20cm2，实验装置如图 2.1 所示。配制不同浓度的孔雀石绿溶液，并加入 1g/L Na2SO4 溶液作为电解质，每次实验前，调整直流电源为所需电流，调整极板间距为所需间距，启动反应装置，加入 400m L 所需浓度孔雀石绿溶液，投加所需剂量的吸附剂，接通直流电源进行反应，每隔 5min 取样一次测定孔雀石绿浓度，并记录电压。
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第 3 章 电絮凝与花生壳吸附耦合去除孔雀石绿的研究 ......... 13
3.1 花生壳的表征 ........... 13
3.2 电絮凝花生壳吸附耦合去除孔雀石绿影响因素的探究 .... 15
3.3 不同体系的对比....... 19
3.4 单位能耗和单位电极材料消耗分析 ......... 20
第 4 章 电絮凝与改性稻壳吸附耦合去除孔雀石绿的研究 ....... 22
4.1 稻壳与改性稻壳的表征......... 22
4.2 电絮凝改性稻壳吸附耦合去除孔雀石绿影响因素的探究 ....... 24
4.3 不同体系的对比....... 28
第 5 章 热力学及动力学分析 ....... 29
5.1 吸附等温线 ........ 29
5.2 吸附动力学 ........ 33
5.3 EC 体系和耦合体系动力学分析 ........ 36
第5章 热力学及动力学分析
5.1 吸附等温线
吸附等温线是描述恒定温度下吸附剂对溶质的吸附量与溶质在溶液中的平衡你浓度之间关系的曲线。常用的吸附等温线模型有 Langmuir 吸附等温模型、Freundlich 吸附等温模型和 Dubinin-Radushkevich 吸附等温方程。通过吸附等温方程的拟合，可得出吸附量、平衡常数等参数，计算吸附自由能，研究吸附机制。Langmuir 吸附等温方程是建立在以下假设的基础上：假设吸附为单分子层吸附，吸附剂对吸附质是均匀吸附且吸附在吸附剂表面的分子间无相互作用，吸附反应的焓变相同。Langmuir 吸附等温方程最初是用于气-固相吸附，现在也被广泛应用于固-液相吸附。为探讨 PS、Na OH-RH 的吸附性，本论文采用以上三种吸附等温线分别对两种吸附剂吸附实验数据进行拟合，结果见图 5.1 和 5.2。可以看出，PS 对孔雀石绿的吸附过程符合 Langmuir 吸附等温模型，Na OH-RH 的吸附过程符合Freundlich 吸附等温模型。
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结论
本论文研究了电絮凝与生物质吸附剂吸附耦合技术处理孔雀石绿废水。分别选用 PS 和 Na OH-RH 作为吸附剂，对吸附剂进行 SEM、BET、FT-IR 表征和 p Hpzc测定，并探讨不同因素在不同体系中对 MG 去除效率的影响，计算不同体系的能耗，同时探讨了机理，得出的主要结论如下：
（1）制备的 PS 吸附剂表面粗糙，内部具有丰富的孔洞结构，是具有良好吸附性的天然吸附剂，经 Na OH改性后的RH 表面变得粗糙，吸附活性点位增加，比表面积和孔容积增大，吸附作用增强，二者都具有良好的吸附性。PS 的 p Hpzc为 5.8，表明其吸附孔雀石绿等阳离子染料的适宜 p H 为大于 5.8，Na OH-RH 的p Hpzc 为 7.4，表明其吸附孔雀石绿等阳离子染料的适宜 p H 为大于 7.4。
（2）EC/PS 吸附耦合体系去除 MG 的最佳条件：电流密度为 2m A/cm2，溶
液初始 p H 值为 7，PS 投加量为 5g/L, MG 初始浓度为 50mg/L，在此条件下，5min 内，MG 的去除效率可达 98.2%，比传统电絮凝体系提高了 22.4%，反应时间缩短了 55min，比 PS 吸附体系去除效率提高了 18.1%，反应时间缩短了 35min。
（3）在 EC/PS 体系的最佳电流密度和最佳 MG 溶液初始浓度下， EC/Na OH-RH 吸附耦合体系去除 MG 的实验中，最佳改性条件为：固液比 1:8，改性时间 30min，溶液最佳初始 p H 值为 8，Na OH-RH 最佳投加量为 3g/L，在此条件下，10min 内，MG 的去除效率可达 97.5%，比传统电絮凝体系提高了 21.7%，反应时间缩短了 50min，比 Na OH-RH 吸附体系的去除率提高了 17.2%，反应时间缩短了 30min。
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参考文献（略）
