论文部分内容阅读
随着城市化,工农业的快速发展,重金属离子对水体的污染日益严重,成为全球环境问题,给水生生态系统和人类健康带来严重威胁。在重金属污染物中,六价铬(VI)是来自铬盐工业,合金,电镀和金属抛光工业废水中常见的具有遗传毒性的致癌重金属;因此,有效地去除废水中的Cr(VI),对保护生态环境和保障人民健康意义重大。在本论文中,首先制备了一种新型的吸附剂,采用微米尺寸的海藻酸钙球作为载体材料,通过交联反应将聚合物PEI包覆到海藻酸钠凝胶球表面;制备得到的材料用于重金属离子的去除。其次,考虑到上述吸附材料优异的吸附性能主要归功于海藻酸钠表面包覆的吸附位点;然而,除了Cr(VI)和吸附剂表面吸附位点相互作用之外,内部易接近的吸附位点也是影响吸附容量和吸附速率的另一个关键因素。为了解决这一问题,我们将含有氨基的碳酸钙临时引入海藻酸钠内部,然后使用盐酸将碳酸钙洗去,在海藻酸钠球内部形成空腔活性位点。然后再通过第一部分实验的方法将PEI包覆在多空腔的海藻酸钠球表面。首先制备了核-壳/珠状的alginate@PEI复合材料并研究其对水溶液中六价铬的吸附性能。通过静态吸附实验详细研究了pH值,吸附等温线,吸附动力学等相关参数。结果表明,吸附的最佳pH值是2.0。在批处理系统中吸附过程符合拟二阶动力学模型和Freundlich等温模型;在最佳测试条件下,实验最大吸附量为431.6mg/g,远高于海藻酸钠的24.2mg/g。证明通过PEI的改性后,凝胶球表面被成功赋予了大量的吸附位点,从而吸附性能明显提升;动态吸附实验也在不同的实验条件下进行了研究,考察了流速和浓度对动态吸附过程的影响,说明在实际应用中较低流速和较低浓度对于去除重金属离子是有利的。更重要的是,alginate@PEI-1.5的吸附容量在8次循环吸附后仅表现出轻微的损失,说明材料可以循环使用;最后,对所制备的材料进行多种技术表征(SEM-EDX、BET、FTIR和XPS),对可能的吸附机理进行了讨论,证明alginate@PEI-1.5对六价铬的吸附机理主要是正负电荷相互吸引,其次还有部分还原作用,六价铬还原成三价铬,然后固载到alginate@PEI-1.5复合材料表面上。在上述制备核壳复合材料方法的基础上,利用PDA和PEI改性的碳酸钙作为致孔剂来改善海藻酸钠凝胶球的孔道结构,再在海藻酸钠凝胶球表面上再包覆一层PEI,形成内部和外表面均含有吸附位点的多空腔核-壳HS-PDA@PEI-SA@PEI复合材料;对该吸附材料的吸附性能进行详细研究,研究表明0.7-HS-PDA@PEI-SA@PEI的吸附量由alginate@PEI-1.5的431.6mg/g提升到了524.7mg/g;此外对材料进行BET测试表明,该材料的比表面积比alginate@PEI-1.5的大,证明通过引入致孔剂确实增加了海藻酸钠球的内部孔隙率。从SEM-EDX表征图可以看到,0.7-HS-PDA@PEI-SA@PEI的内部和表面均含有大量的N元素,而且对比碳酸钙去除前后的SEM图,发现去除碳酸钙后海藻酸钠球内部确实形成了许多空腔结构;证明含有空腔结构的吸附位点成功固载到了海藻酸钠内部,从而更有利于六价铬的扩散和吸附。