氨化吸附剂的制备及吸附重金属和全氟化合物研究

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研制高效吸附剂是吸附领域的重要方向,利用表面改性技术可以显著提高吸附剂的吸附能力。本研究通过原子转移自由基聚合(ATRP)技术在多孔的聚苯乙烯树脂和无孔的稻壳表面接枝大分子长链聚合物,然后进行表面氨基化反应,制备出两种以聚苯乙烯树脂和稻壳为母体材料的氨化吸附剂,进行了吸附剂的制备条件优化和性能表征,并用其去除水体中的重金属和全氟化合物(PFCs),研究了吸附特性和吸附机理。氨化树脂吸附剂制备的最佳ATRP反应时间为100min,最佳氨化反应时间为10h。通过扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FTIR)及X-射线光电能谱(XPS)分析,证明了氨基被引入树脂表面及其内部孔隙中。在pH5的条件下,氨化树脂对Cu(II)、Pb(II)、Cr(VI)和As(V)的最大吸附量分别为2.6、0.97、3.0和2.2mmol g-1;阳离子Cu(II)和Pb(II)随溶液pH的增加而升高,而阴离子Cr(VI)和As(V)随溶液pH的增加而降低。XPS光谱证明了树脂表面氨基和阳离子重金属发生络合作用,而氨基与阴离子间则是静电吸引起主要作用。氨化稻壳吸附剂制备的最佳ATRP反应时间为2.5h,最佳氨化反应时间12h。SEM、FTIR和zeta的分析结果表明氨基成功引入稻壳表面,并将氨化稻壳的零电点从2.73提高至8.54。在pH5时,氨化稻壳吸附剂对全氟丁酸(PFBA)、全氟辛酸(PFOA)和全氟辛烷磺酸(PFOS)的最大吸附量分别为1.70、2.49和2.65mmol g-1,吸附能在8h之内达到平衡,明显快于传统的多孔吸附剂。吸附特性和光谱分析结果表明氨化稻壳和PFCs间存在静电作用和存在疏水作用。
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