染料废水污染物吸附装置及其使用方法

摘要

本发明涉及一种染料废水污染物吸附装置及其使用方法，吸附装置包括电机、吸附容器和搅拌桨，吸附容器整体呈圆筒状，搅拌桨通过电机驱动旋转，吸附容器的侧壁上部与进水管连通、侧壁近底部与出水管连通，吸附容器内部设有内套筒，内套筒与吸附容器之间存在间隔，内套筒侧壁为镂空结构，内套筒侧壁外围通过固定件可拆卸地固定壳聚糖无纺布，搅拌桨安装在内套筒的内部。使用方法包括以下步骤：安装固定壳聚糖无纺布；关闭出水管，打开进水管引入染料废水；关闭进水管，打开搅拌桨进行搅拌吸附；打开出水管排出废水；壳聚糖无纺布烘干再利用。本发明实现对壳聚糖无纺布的展开和固定，有效除去染料废水中的污染物，操作简单，稳定性好，可重复利用。

权利要求

1.一种染料废水污染物吸附装置，包括电机(1)、吸附容器(2)和搅拌桨(11)，所述吸附容器(2)整体呈圆筒状，所述搅拌桨(11)通过电机(1)驱动旋转，其特征在于：所述吸附容器(2)的侧壁上部与进水管(7)连通、侧壁近底部与出水管(8)连通，所述吸附容器(2)内部设有内套筒(3)，所述内套筒(3)与吸附容器(2)之间存在间隔，所述内套筒(3)侧壁为镂空结构，所述内套筒(3)侧壁外围通过固定件可拆卸地固定壳聚糖无纺布(5)，所述搅拌桨(11)安装在内套筒(3)的内部。

2.根据权利要求1所述的一种染料废水污染物吸附装置，其特征在于：所述进水管(7)的启闭通过进水调节阀(9)进行控制，所述出水管(8)的开关通过出水调节阀(10)进行控制。

3.根据权利要求1所述的一种染料废水污染物吸附装置，其特征在于：所述内套筒(3)侧壁通过沿竖向开设的若干排圆孔(4)形成镂空结构，所述若干排圆孔(4)沿着内套筒(3)的周向均匀设置。

4.根据权利要求1所述的一种染料废水污染物吸附装置，其特征在于：所述固定件为若干根玻璃压条(6)，所述若干根玻璃压条(6)沿竖向设置、并沿着内套筒(3)的外围均匀分布。

5.根据权利要求1所述的一种染料废水污染物吸附装置，其特征在于：所述电机(1)的控制器固定安装在吸附容器(2)的顶部。

6.一种权利要求1所述的染料废水污染物吸附装置的使用方法，包括以下步骤：(1)在内套筒(3)侧壁外围安装固定壳聚糖无纺布(5)；

(2)关闭出水管(8)，打开进水管(7)引入染料废水；

(3)关闭进水管(5)，打开搅拌桨(11)进行搅拌吸附；

(4)吸附完毕，打开出水管(8)排出完成染料污染物吸附的废水；

(5)拆下壳聚糖无纺布(5)进行烘干再利用。

7.根据权利要求6所述的一种染料废水污染物吸附装置的使用方法，其特征在于：所述步骤(1)中的壳聚糖无纺布(5)的使用量为2～4g/L染料废水。

8.根据权利要求6所述的一种染料废水污染物吸附装置的使用方法，其特征在于：所述步骤(3)中的搅拌时间为90～180分钟，搅拌速度为90～110rpm。

9.根据权利要求6所述的一种染料废水污染物吸附装置的使用方法，其特征在于：所述步骤(5)中的烘干温度为40～80℃。

说明书

染料废水污染物吸附装置及其使用方法

技术领域

[0001] 本发明属于染料废水污染物吸附的技术领域，特别是涉及一种染料废水污染物吸附装置及其使用方法。

背景技术

[0002] 壳聚糖(chitosan，β-(1,4)-2-氨基-2-脱氧-R-葡聚糖)是甲壳素(chitin，β-(l,4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡聚糖)部分脱乙酰化的产物，广泛来源于甲壳动物虾、蟹的外壳中，具有资源丰富、无毒、生物相容性好的优点。其由于结构中包含丰富的活性氨基及羟基，能够有效螯合重金属离子及吸附阴离子污染物，在水处理中的应用得到了广泛的研究。
壳聚糖吸附剂被制备成粉末、微球、纤维以及片状材料等多种形态来提高吸附性能。为了克服壳聚糖类吸附材料的分离和回收困难，有研究将壳聚糖粉末材料赋予磁性，利用外加磁场来高效分离和回收这类吸附材料。Shen等研究发现用超声将Fe3O4纳米颗粒均匀分散在壳聚糖—氯化铁溶液中制得磁性壳聚糖－铁水凝胶(Shen C S,Shen Y,Wen Y Z,et al.Fast and highly efficient removal of dyes under alkaline conditions using magnetic chitosan-Fe(III)hydrogel[J].Water Research,2011,45(16):5200-5210)，Kadam等也成功地将纳米氧化铁颗粒涂抹在壳聚糖表面得到磁性壳聚糖纳米复合材料(Kadam,A.A.and D.S.Lee,Glutaraldehyde cross-linked magnetic chitosan nanocomposites:
Reduction precipitation synthesis,characterization,and application for removal of hazardous textile dyes.Bioresource Technology,2015.193:p.563-567)。
然而不足之处在于，磁性的修饰一方面提高了吸附材料的成本，另一方面磁性纳米材料在水处理过程中的流失易造成二次污染问题。壳聚糖吸附材料的分离性能仍需进一步提高。

[0003] 目前，壳聚糖材料已被成功制备为大面积无纺布材料，大面积织物的特性使得其非常易于从流动的水相中分离以及更换，选用无纺布形态的壳聚糖材料将有望显著改善其分离性能。然而，由于大面积无纺布与传统的颗粒吸附材料在外观形状上存在明显的差异，常规流化床类吸附装置无法适用。因此，设计及构建一类适用于无纺布吸附材料的新型吸附装置非常必要，这将有效拓展壳聚糖类吸附材料在实际水处理中的应用前景。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种染料废水污染物吸附装置，实现对壳聚糖无纺布的展开和固定，有效除去染料废水中的污染物。

[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种染料废水污染物吸附装置，包括电机、吸附容器和搅拌桨，所述吸附容器整体呈圆筒状，所述搅拌桨通过电机驱动旋转，所述吸附容器的侧壁上部与进水管连通、侧壁近底部与出水管连通，所述吸附容器内部设有内套筒，所述内套筒与吸附容器之间存在间隔，所述内套筒侧壁为镂空结构，所述内套筒侧壁外围通过固定件可拆卸地固定壳聚糖无纺布，所述搅拌桨安装在内套筒的内部。

[0006] 作为本发明一种优选的实施方式，所述进水管的启闭通过进水调节阀进行控制，所述出水管的开关通过出水调节阀进行控制。

[0007] 作为本发明另一种优选的实施方式，所述内套筒侧壁通过沿竖向开设的若干排圆孔形成镂空结构，所述若干排圆孔沿着内套筒的周向均匀设置。

[0008] 作为本发明另一种优选的实施方式，所述固定件为若干根玻璃压条，所述若干根玻璃压条沿竖向设置、并沿着内套筒的外围均匀分布。

[0009] 作为本发明另一种优选的实施方式，所述电机的控制器固定安装在吸附容器的顶部。

[0010] 本发明所要解决的另一技术问题是提供一种上述染料废水污染物吸附装置的使用方法，实现对染料废水中污染物的吸附除去，操作简单，稳定性强，可重复利用。

[0011] 本发明解决这一技术问题所采用的技术方案是提供一种染料废水污染物吸附装置的使用方法，包括以下步骤：

[0012] (1)在内套筒侧壁外围安装固定壳聚糖无纺布；

[0013] (2)关闭出水管，打开进水管引入染料废水；

[0014] (3)关闭进水管，打开搅拌桨进行搅拌吸附；

[0015] (4)吸附完毕，打开出水管排出完成染料污染物吸附的废水；

[0016] (5)拆下壳聚糖无纺布进行烘干再利用。

[0017] 作为本发明一种优选的实施方式，所述步骤(1)中的壳聚糖无纺布的使用量为2～4g/L染料废水。

[0018] 作为本发明另一种优选的实施方式，所述步骤(3)中的搅拌时间为90～180分钟，搅拌速度为90～110rpm。

[0019] 作为本发明另一种优选的实施方式，所述步骤(5)中的烘干温度为40～80℃。

[0020] 有益效果

[0021] 在本发明的吸附装置中，吸附容器内部的内套筒为镂空结构，通过在内套筒的侧壁外围固定壳聚糖无纺布，实现对壳聚糖无纺布的展开和固定，从而有利于增大壳聚糖无纺布与染料废水中污染物的接触面积，通过搅拌桨搅拌促进内套筒内外废水的交互并与壳聚糖无纺布接触，从而能够有效除去染料废水中的污染物。该吸附装置的使用不仅操作方法简单，壳聚糖无纺布不易发生变形，稳定性强，经过烘干处理后还可以重复利用，具有产业化应用前景。

附图说明

[0022] 图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

[0023] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

[0024] 如图1所示的一种染料废水污染物吸附装置，包括电机1、吸附容器2和搅拌桨11。吸附容器2整体呈圆筒状，直径为250mm，高度为310mm，电机1安装在吸附容器2的上方，并驱动搅拌桨11旋转，电机1的控制器固定安装在吸附容器2的顶部。

[0025] 吸附容器2的侧壁上部与进水管7连通，进水管7的启闭通过进水调节阀9进行控制，吸附容器2的侧壁近底部与出水管8连通，并通过出水调节阀10控制出水管8的开关。吸附容器2内部设有内套筒3，内套筒的直径为160mm，高度为310mm，内套筒3与吸附容器2之间形成间隔。内套筒3侧壁为镂空结构，该镂空结构为内套筒3侧壁沿竖向开设的若干排圆孔4，且若干排圆孔4沿着内套筒3的周向均匀设置，圆孔4的孔径为30mm。

[0026] 内套筒3侧壁外围通过固定件可拆卸地固定壳聚糖无纺布5，固定件可以为若干根玻璃压条6，若干根玻璃压条6沿竖向设置，并沿着内套筒3的外围均匀分布。搅拌桨11安装在内套筒3的内部，通过搅拌促进内套筒3内外废水的交互并与壳聚糖无纺布5接触，从而有效除去染料废水中的污染物。

[0027] 下面提供一种该染料废水污染物吸附装置的使用方法，包括以下步骤：

[0028] (1)根据染料废水的处理量确定壳聚糖无纺布5的使用量，并在内套筒3侧壁外围安装固定壳聚糖无纺布5，壳聚糖无纺布5的使用量按照2～4g/L染料废水进行确定。

[0029] (2)关闭出水管8，打开进水管7引入染料废水至预定处理量。

[0030] (3)关闭进水管5，打开搅拌桨11进行搅拌吸附，搅拌时间为90～180分钟，搅拌速度为90～110rpm。

[0031] (4)吸附完毕，打开出水管8排出完成染料污染物吸附的废水。

[0032] (5)拆下壳聚糖无纺布5进行烘干再利用，烘干温度为40～80℃。

[0033] 下面是该吸附装置的使用实施例及工艺数据实验：

[0034] 实施例1：将4g壳聚糖无纺布5固定在吸附装置中，加入染料废水，室温持续搅拌。

[0035] 实施例2：将6g壳聚糖无纺布5固定在吸附装置中，加入染料废水，室温持续搅拌。

[0036] 实施例3：将8g壳聚糖无纺布5固定在吸附装置中，加入染料废水，室温持续搅拌。

[0037] 对比例1：将3g壳聚糖无纺布5固定在吸附装置中，加入染料废水，室温持续搅拌。

[0038] 对比例2：将2g壳聚糖无纺布5固定在吸附装置中，加入染料废水，室温持续搅拌。

[0039] 对比例3：将8g壳聚糖无纺布5固定在吸附装置中，加入染料废水，室温持续搅拌30min。

[0040] 对比例4:将8g壳聚糖无纺布5固定在吸附装置中，加入染料废水，室温持续搅拌45min。

[0041] 对比例5:将8g壳聚糖无纺布5固定在吸附装置中，加入染料废水，室温持续搅拌60min。

[0042] 对比例6:将8g壳聚糖无纺布5固定在吸附装置中，加入染料废水，室温持续搅拌75min。

[0043] 实验一：分别在实施例1、2、3和对比例1、2中加入100mg/L酸性红73染料2L，室温持续搅拌120分钟，取反应后的染料3mL，使用紫外-可见分光光度计在染料最大吸收波长处测定染料残余浓度。污染物去除结果如下表1所示：

[0044] 表1

[0045]实施例 壳聚糖无纺布质量(g) 染料去除率(％)
实施例1 4 90.5
实施例2 6 91.4
实施例3 8 94.2
对比例1 3 52.1
对比例2 2 31.3

[0046] 由表1可知，壳聚糖无纺布5的使用量对染料污染物的高效去除起着十分重要的作用，在质量为4～8g时对酸性红73染料具有良好的去除效果。

[0047] 实验二：分别在实施例3和对比例1中加入2L浓度分别为20mg/L、50mg/L、150mg/L的酸性红73染料溶液，室温持续搅拌120分钟，取反应后的染料3mL，使用紫外-可见分光光度计在染料最大吸收波长处测定染料残余浓度。污染物去除结果如下表2所示：

[0048] 表2

[0049]实施例 染料初始浓度(mg/L) 染料去除率(％)
实施例3 20 99.8
实施例3 50 95.8
实施例3 150 90.3
对比例1 20 91.1
对比例1 50 72.4
对比例1 150 35.6

[0050] 由表2可知，质量为8g的壳聚糖无纺布5对染料浓度的适应范围较广，在20～150mg/L之间均可达到90％以上的去除效率。

[0051] 实验三：在实施例3中加入100mg/L酸性红73染料2L，室温持续搅拌90min、120min，在对比例3、4、5、6中分别加入100mg/L酸性红染料2L，取反应后的染料3mL，使用紫外-可见分光光度计在染料最大吸收波长处测定染料残余浓度。污染物去除结果如下表3所示：

[0052] 表3

[0053]实施例 室温持续搅拌时间(min) 染料去除率(％)
实施例3 90 91.7
实施例3 120 94.2
对比例3 30 32.3
对比例4 45 45.8
对比例5 60 61.7
对比例6 75 78.9

[0054] 由表3可知，质量为8g的壳聚糖无纺布5对染料的吸附去除反应时间在90min以上时可达到90％以上的去除效率。

[0055] 实验四：分别向实施例一、二、三中加入2L浓度为100mg/L不同类型的染料溶液，室温搅拌120分钟，取反应后的染料3mL，使用紫外-可见分光光度计在染料最大吸收波长处测定染料残余浓度。污染物去除结果如下表4所示：

[0056] 表4

[0057]序号 染料 染料去除率(％)
实施例1 活性黑5 88.1
实施例2 活性蓝19 90.9
实施例3 直接黄12 92.4

[0058] 由表4可知，壳聚糖无纺布5对活性黑5、活性蓝19和直接黄12具有良好的除污效果，具有较宽泛的应用范围。