改性多孔二氧化硅在水处理中的应用研究

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水,是人类的生命之源,是人类生存、生活和生产活动的必要条件,如果没有水资源,人类也将不复存在。随着全球人口数量的快速增长,以及工业革命之后,经济的飞速发展,人们对水资源的需求量也日益增加,然而,大量的工业废水、废渣、废气被随意的排放到环境中,这种行为对水资源、土壤、大气等造成了严重的污染和严峻的水资源危机,威胁着人类的生存和发展。  水体中存在的重金属离子和难降解有机物是对人类产生威胁的两大致命污染。二氧化硅或硅胶(SiO2)是一种常见的无机载体,表面多孔,有较高的比表面积,价格低廉,不溶于水,不易残留在水体中,是常用的水处理吸附材料。但其本身吸附去除效率不高,因此,本文分别使用甲基丙烯酸(MAA)和β-环糊精(β-CD)对二氧化硅进行改性,并分别处理不同的模拟废水,考察其吸附能力。  1、本论文采用两步法将功能性单体MAA成功接枝于多孔二氧化硅(SiO2)微粒表面,成功制备PMAA/SiO2复合型固体吸附剂,研究了不同介质条件下,PMAA/SiO2对亚甲基蓝吸附性能的影响,并探讨了其吸附机理。研究结果表明,采用本论文中方法制备的PMAA/SiO2微粒,不仅具有均一的尺寸、外观呈规整的球体,而且对亚甲基蓝具有较强的吸附能力。  2、使用实验室配制的亚甲基蓝溶液来模拟印染废水,实验表明,在25℃条件下,可达到最大吸附量256.3 mg/g,符合Langmuir模型,主要是依靠分子间氢键和静电作用;在pH约为8时吸附效果最佳,吸附量随着pH值的增大先增加再减小,强碱或强酸都不利于亚甲基蓝的吸附;温度的升高会减弱微粒的吸附能力,同时ΔG<0、AH<0,表明PMAA/SiO2对亚甲基蓝的吸附是放热和自发进行的。  3、PMAA/SiO2复合型固体吸附剂,通过静态实验,考察不同条件下对铅、铁离子的吸附性能。拟二级动力学模型能更好的描述PMAA/SiO2对铅、铁离子的吸附,PMAA/SiO2对两者的吸附都是化学反应控制;当温度为25℃时,PMAA/SiO2可吸附铅离子122.5 mg/g,该过程是一个可自发进行的放热过程;然而,在65℃时,PMAA/SiO2对铁离子达到最大吸附量182.3 mg/g,温度的升高,吸附量增大,是一个可自发进行的吸热过程。  4、通过硅烷偶联剂把β-CD负载到SiO2表面,制备出β-CD/SiO2,并研究其对苯酚的吸附能力。β-CD/SiO2对苯酚的吸附的最佳pH值是2,主要依靠分子间氢键作用,适合于拟二级动力学模型。β-CD/SiO2对苯酚的最大吸附量为202 mg/g,单分子层吸附。β-CD/SiO2对苯酚的吸附量随着pH的升高而降低。
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