新型氨基羧酸类配体-硅胶材料的制备及吸附多功能性评价

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随着染料和重金属离子废水对环境及人类的危害日益严重,具有离子交换特性与金属螯合特性的氨基羧酸类物质也越来越受到人们的关注。其中可生物降解的EDDS因四羧基&二亚氨基的结构,可提供6个配位原子,使其具有不亚于EDTA的金属螯合特性被广泛的应用于重金属离子的吸附。但在过去的研究中,EDDS大多是以液体螯合剂形式直接应用,不利于其重复利用。同时EDDS的四羧基&二亚氨基为六个解离基团,可提供多个阴离子交换基团,使其具有优良的离子交换特性,可应用于阳离子活性染料的去除。本研究首次将EDDS作为配体键合在硅胶基质上得到EDDS-Silica吸附剂,通过直接和间接合成法的对比,证实间接法的优异性。为了论证新型EDDS-Silica吸附剂优异的离子交换与金属螯合的多功能特性,将其与其他氨基羧酸类配体功能化硅胶IDS-Silica、IDA-Silica为吸附剂,探究对废水中亚甲基蓝(MB)及重金属铀(U)的处理效果。为评价EDDS-Silica吸附剂的离子交换特性,实验以EDDS-Silica与IDS-Silica及IDA-Silica作对比,探究了配体上羧酸基的数目对阳离子染料MB吸附的影响。研究表明:配体上羧酸根数量越多越有利于阳离子染料MB的去除,在相同条件下,EDDS-Silica吸附剂从吸附量和去除率两方面均表现出了更加优秀的阳离子交换吸附特性。在此基础上,进一步探讨了EDDS-Silica对MB的吸附动力学和热力学,考察了实验条件如浓度、温度、转速对MB吸附的影响,并对吸附剂的重复使用性进行了评价。研究表明:伪二阶模型能很好地描述MB在EDDS-Silica上的吸附行为,限制速率的步骤可能是化学吸附;吸附热力学中Langmuir等温线拟合最为吻合,且该吸附是一个吸热的自发过程;通过等量吸附焓研究,EDDS-Silica对MB的吸附机理可能是静电和氢键二者协同作用;另外该吸附剂具有优越的再生与可循环利用性。该研究证明了新型EDDS-Silica具有优异的阳离子交换特性,可用于去除阳离子物质,同时也为其他配体的开发提供了理论参考。为评价EDDS-Silica吸附剂的金属螯合特性,通过与IDS-Silica及IDA-Silica的对比实验,探究了氨羧类配体齿数对废水中重金属U(VI)的吸附效果,在此基础上,在不同温度、p H、吸附时间及共存离子的实验条件下,初步考察了EDDS-Silica吸附剂对废水中U(VI)的吸附影响,并对吸附剂的重复使用性进行了评价。研究表明:在相同条件下,EDDS-Silica对U(VI)的吸附能力最强,表现出优良的金属螯合特性。对于20 m L、10 mmol/L的U(VI)溶液,在p H=3的情况下,饱和吸附量可高达87 mg/g左右;Fe3+、Cu2+、Ni2+、Zn2+四种金属离子及Cl-、SO42-离子对EDDS-Silica吸附U(VI)的竞争均不明显,当上述阳、阴离子与U(VI)共存时,EDDS-Silica仍可高效去除U(VI);此外,EDDS-Silica吸附剂具有优越的再生与可循环利用性。该研究证明了新型EDDS-Silica具有优异的金属螯合特性,为去除废水中U(VI)及其他金属提供了一种新型的吸附材料。研究表明新研发的EDDS-Silica吸附剂,由于其改性配体EDDS同时具有多解离基团和多齿配位原子的独特分子结构,比IDS-Silica、IDA-Silica表现出了更优异的离子交换特性与金属螯合特性。该研究证实了EDDS-Silica吸附剂适用于废水中其他相关阳离子物质及其他金属离子的去除。通过对配体解离基团数量及齿数的影响研究,为其他类型配体的开发提供理论参考,同时也为此类螯合树脂的开发提供了理论参考。
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