Zn(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)离子印迹材料的制备及应用研究

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本文在以壳聚糖为基材的条件下,引入离子印迹技术,制备出两种离子印迹材料,使其对农药废水中金属锌锰离子具有高选择性吸附,易于分离和回收。
  针对含锌废液中锌的选择性富集和分离问题,以锌离子为模板离子,以壳聚糖(CTS)为基体,聚乙烯醇(PVA)为分散剂,引入离子印迹技术,制备了Zn(Ⅱ)-IICPM;以[EDTA-Mn]2-为模板离子,制备了Mn(Ⅱ)-IICPM。
  主要研究了材料中CTS、PVA、模板离子的投加量等对Zn(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的吸附性能影响,并对戊二醛投加量、NaOH凝固浴浓度、热处理温度、洗脱液浓度等的影响进行了探讨。研究结果表明,对于Zn(Ⅱ)-IICPM所得优化制备条件:CTS用量为2.0%(w),PVA用量为1.0%(w),Fe3O4的用量为1.5%(w),模板离子Zn(Ⅱ)的投加量为1.0%(w),交联剂用量为1.0%(w),NaOH起膜浓度为10.0%,热处理的温度为60℃,热处理的时间为180min,洗脱液浓度为2mol/L,洗脱次数为3次时吸附性能较佳。对于Mn(Ⅱ)-IICPM所得优化制备条件:当CTS用量为3.0%(w), PVA用量为1.0%(w),Fe3O4的用量为2.5%(w),Mn(Ⅱ)和EDTA摩尔比为1.5:1,交联剂用量为质量分数1.0%(w),NaOH起膜溶液浓度为25.0%(w),热处理温度为55℃,热处理时间为180min,洗脱液的浓度为10%(w)时材料的吸附性能较佳。
  FT-IR结果表明,CTS中-NH2、-OH与Fe3O4发生了作用,通过XRD分析可知, CTS包覆Fe3O4未改变其晶型结构。
  静态吸附实验表明,Zn(Ⅱ)-IICPM和Mn(Ⅱ)-IICPM对Zn(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)离子的吸附容量随着吸附液初始浓度的增大而增大,利用Langmuir吸附等温方程和Freundlich吸附等温方程对实验数据进行拟合,结果表明两种材料的吸附过程都符合Langmuir吸附等温方程。吸附动力学研究显示Zn(Ⅱ)-IICPM和Mn(Ⅱ)-IICPM均符合Lagergren二级吸附速率方程,表明化学反应是吸附过程的速率控制步骤。
  吸附选择性研究可知,Zn(Ⅱ)与Cu(Ⅱ)、Ag(Ⅰ)、Ni(Ⅱ)的k值分别为9.5、13.3、15.4;Mn(Ⅱ)与 Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)的k值分别为6.9、10.7、11.0,说明Zn(Ⅱ)-IICPM和Mn(Ⅱ)-IICPM具有较好的选择吸附性。
  对农药废水首先采用化学沉降法,大量去除农药废水中的锌锰离子,结果表明当调pH为10时,沉降速率快且彻底,对锌的去除率达到99.6%,对锰初次去除率达到99.0%。之后,对农药废水进行动态吸附,利用柱吸附法考察了进液流率、床层高度对穿透曲线的影响。柱吸附实验研究表明,随流速增大,穿透点提前。由BDST模型得出两种材料的临界床层高度Zo值:Zn(Ⅱ)-IICPM为1.36cm、Mn(Ⅱ)-IICPM为1.20cm。
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