众所周知,铅是一种有毒的重金属元素,其随着人类的饮食进入人体,并在人体内富集。当铅的摄入量超过5 mg/Kg将对人体健康构成严重威胁,会损坏人体的肾脏、肝脏和生殖系统,并影响人体内细胞再生以及大脑功能。工业含铅废水是水体重要的污染源,对含铅废水进行预处理,使其达到法规标准再排放,是控制水体铅污染最有效的途径。目前含铅废水处理方法主要包括化学沉降法、吸附法、浮选法和电化学法等。然而,这些方法普遍存在能耗大、工艺复杂、处理条件苛刻等缺点,因而大大限制了上述方法的应用与推广。近年来,新兴的、处理重金属废水的技术-胶团强化超滤法(简称MEUF)因其具有能耗低、截留率高、对低浓度含铅废水处理效果好等特点而得到了研究者的广泛关注。然而胶团强化超滤法存在表面活性剂投料量大,易引起水体二次污染的问题。这一问题成为其应用的瓶颈。本论文基于以上研究现状,制备了一种Gemini表面活性剂,依据Gemini表面活性剂具有较低临界胶束浓度的特征,大大降低了表面活性剂的投料量,有效地避免了水体二次污染的状况。本论文的主要研究内容有:(1)采用价格低廉的EDTA等原料制备阴离子型Gemini表面活性剂,并对其结构和纯度进行了表征。结果表明,所制备的化合物为目标产物,且具有很高的纯度。(2)所制备的Gemini表面活性剂进行胶团特性研究。实验结果表明,其临界胶束浓度为1.273×10-4 mol/L,较传统表面活性剂降约2个数量级;胶团在浓度为1个临界胶束浓度(简称CMC)时稳定性最高。(3)所制备的Gemini表面活性剂在MEUF法处理含铅废水的研究。Gemini表面活性剂与MEUF的联合应用在下文中均简称为GMEUF(Gemini Micellar Enhanced Ultra-filtration,缩写:GMEUF)。处理含铅废水的研究结果表明,GMEUF法处理含铅废水与传统MEUF法相比,表面活性剂的使用量降低约100倍;表面活性剂截留率高约2倍;表面活性剂的排放量降低约300倍。最后,本文对GMEUF法处理含铅废水的最佳工艺条件进行了优化,确定了最优的工艺条件。在此最优工艺参数下运行,渗透液中铅离子的浓度为0.1919 mg/L(国家排放标准为0.5 mg/L);渗透液中表面活性剂的浓度为1.343×10-5 mol·L-1;铅离子的截留率为98.08%;表面活性剂截留率为89.42%;渗透通量为55.67 L·m-2·h-1;回收比为31.69%。同时确定GMEUF法中膜体污染形势为中间膜孔堵塞;表面活性剂对铅离子的吸附符合Freundlich吸附。本文的研究工作首次将GMEUF方法应用于含重金属废水的处理中,有效地克服了MEUF法存在的表面活性剂易造成二次污染的问题。所制备的Gemini表面活性剂及所采用的GMEUF方法不止适用于含铅废水的处理,还可以拓展到含有其它重金属污染物的废水处理中。因此,GMEUF法将在处理重金属废水中具有很广阔的应用前景。
