乙烯基类聚合物/纳米ZnO复合鞣剂在活性污泥系统的吸附-降解机制

As a new class leather tanning agent, polymer based nanocomposites brings a new vitality into leather making. However, very few related studies are available about the environmental risk assessment and transformation of the polymer based nanocomposites. This project intends to study the adsorption-biodegradation of vinyl polymer/ZnO nanocomposites syntans on activated sludge. Adsorption studies will be carried out on nanocomposites syntans including kinetics, isotherms, effect factors, together with the structure, size, appearance, electric potential, and so on of the nanocomposites syntans to reveal the adsorption behaviors and mechanisms; Aerobic biodegradation of the nanocomposites syntans will be studied through concentration and gas production and so on. The structures of the nanocomposites such as appearance, molecular weight in the biodegradation process will be analysis to investigate its relationship between biodegradability, and reveal biodegradation mechanisms; Synergy mechanism between adsorption and biodegradation could be employed to establish a theoretial for the nanocomposites transformation and environmental risk acessment in the wastewater treatment process. Meanwhile, it will also provde a theoretial for the green chemical preparation. The results from this study not only provide a principle for the environmental friendliness leather finishing agent preparation, but also provide the theoretical base for the environmental risk acessment of nanocomposites.

聚合物基纳米复合材料作为一类新型的鞣制材料，为提升和改造传统制革工艺提供了新的途径，但这类材料在水处理生化系统中的迁移转化行为及环境风险评价尚缺乏深入研究。本项目拟采用活性污泥法对乙烯基类聚合物/纳米ZnO复合鞣剂的吸附-降解行为进行研究。通过吸附热力学、动力学、吸附过程的影响因素等研究，结合纳米鞣剂在活性污泥吸附过程中的组成、尺寸、形貌、电位等变化，揭示吸附规律及机理；通过基质浓度、产气量等指标分析纳米鞣剂的好氧生物降解性，并结合纳米鞣剂在降解过程中的形貌、分子量、分子结构等变化，阐明降解机理及其与纳米鞣剂结构的相关性；分析纳米鞣剂的吸附、降解协同机制，为环境友好型纳米鞣剂的设计提供技术依据，建立纳米复合鞣剂的生化处理工艺。研究结果不仅能为绿色纳米皮革化学品的开发和应用提供思路，且能为聚合物基纳米复合材料的环境行为与风险管理奠定基础。

作为新型皮革化学品的纳米复合材料，为提升和改造传统制革工艺提供了新的途径，但这类材料在水处理生化系统中的迁移转化行为及环境风险评价尚缺乏深入研究。本项目采用活性污泥法对乙烯基类聚合物/纳米ZnO复合材料的吸附、降解行为进行了研究，考察了吸附和生物降解过程的主要影响因素，探讨了纳米复合材料的吸附、降解机制。在此基础上，为了实现乙烯基类聚合物/纳米ZnO复合鞣剂在废水中的有效去除，采用生物降解-Fenton氧化联用法研究了其在水相的去除行为。结果表明，不同的乙烯基类聚合物基体，其纳米ZnO复合材料的吸附、降解行为不同。聚丙烯酸酯/纳米ZnO复合材料（PA/ZnO）及其聚合物基体（PA）在活性污泥上的吸附过程，表面作用、疏水分配及氢键作用发挥重要作用，PA可通过活性污泥快速吸附而从水相有效去除，PA/ZnO被活性污泥快速吸附，并在微生物的作用下发生一定程度的生物降解，可采用吸附-降解协同作用从水相得到有效去除。季铵盐聚合物/纳米ZnO复合材料（PDM/ZnO）在活性污泥上的吸附过程，静电引力、氢键和共价键起主要作用，PDM的吸附机理主要是静电引力和氢键。PDM/ZnO的吸附和降解去除率受其制备方法影响较大，可采用吸附-降解协同作用部分去除（>67%）。PA/ZnO和PA对微生物的影响较小，PDM/ZnO和PDM的生物毒性相对较大。采用生物降解-Fenton氧化联合法可实现PDM/ZnO和PDM从废水中的有效去除（>85%）。乙烯基聚合物与纳米ZnO复合后，其生物降解性得到明显提高。研究结果为揭示聚合物基纳米复合材料的环境行为、风险评估及其去除技术提供理论依据，并为纳米皮革化学品的开发和应用提供思路。