纳米腐植酸基复合树脂的制备及其吸附Pb2+、Cd2+性能研究

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为了缓解土地干旱及重金属离子污染,制备了一种复合树脂。首先采用碱溶酸析法配加高剪切技术,超声波环境进行酸析,制备出纳米腐植酸,然后采用水溶液聚合法,合成了聚(丙烯酰胺-丙烯酸)/腐植酸/蒙脱土复合树脂。最后研究了复合树脂的溶胀性能及对重金属的吸附性能。研究结果如下:  (1)以风化煤为原料制备纳米腐植酸,最佳工艺为:液固比(碱液:风化煤)11:1(ml/g),反应温度65℃,碱溶时间180 min,剪切速度为1800 r/min。采用激光粒度仪及红外光谱对纳米腐植酸的中位径及官能团进行表征,得出制备产品的平均粒径为60 nm,纳米腐植酸与腐植酸相比,活性官能团增多。  (2)通过单因素实验及正交实验,确定合成聚(丙烯酰胺-丙烯酸)/腐植酸/蒙脱土复合树脂最佳工艺条件为:单体比(m丙烯酰胺:m丙烯酸)3:7,纳米腐植酸15%,反应温度65℃,中和度80%,交联剂为单体的0.05%,引发剂为单体的1.0%,吸附蒸馏水的倍率为988.90 g/g,吸附0.9wt%Nacl溶液的倍率为102.59 g/g,其中单体比及纳米腐植酸用量对复合树脂的吸液倍率影响最大。研究发现,与一般复合树脂相比,纳米腐植酸基复合树脂在吸液倍率、重复使用性均有显著改善。  (3)探讨吸附时间、pH、初始浓度等因素对复合树脂吸附Pb2+、Cd2+的影响,并对该吸附过程的热力学过程以及动力学过程进行了分析。纳米腐植酸基复合树脂对 Pb2+、Cd2+的最佳吸附条件为:吸附时间90 min,pH为7.0,Pb2+、Cd2+初始浓度为0.020 mol/L,温度为35℃时,复合树脂对 Pb2+、Cd2+的吸附量达qm(Pb2+)为458.71 mg/g,qm(Cd2+)为431.03 mg/g。研究发现,复合树脂对Pb2+、Cd2+的吸附更接近Langmuir模型,吸附过程为单分子层吸附,自发过程。准二级速率模型考虑了液膜扩散、表面吸附及内扩散,较准确地对复合树脂对Pb2+、Cd2+的吸附动力学进行表征。与目前存在的吸附剂相比,纳米腐植酸基复合树脂对重金属离子的吸附性能强,有较好的循环使用性及可回收性,在处理废水领域有很大的应用潜力。
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