治理复合污染物的化学修饰超高交联树脂的合成及其应用

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本论文通过改变超高交联聚苯乙烯树脂的后交联条件(反应温度、反应时间、反应溶剂、反应载气、原料含水量等),系统地研究了不同条件对超高交联聚苯乙烯树脂物理化学性质的影响,发现:树脂表面含氧官能团的形成与所用溶剂硝基苯有关,在后交联过程中,硝基苯起氧化剂的作用,树脂表面的苄氯基团被氧化成了羰基等官能团,这些官能团进一步被氧气氧化为羧基;同时硝基苯被还原为亚硝基苯和苯胺。 重金属—有机物复合微污染情况受到普遍的关注。本论文以水体中常见的重金属离子铅离子、铜离子及有毒有机物苯酚作为研究对象。分别选用在氮气氛围中和氧气氛围中合成的树脂作为吸附剂,对铅离子和苯酚进行吸附研究。两种树脂对苯酚的去除能力相当,但是对铅离子的吸附能力较差,表明单纯依靠合成过程中产生的含氧官能团很难有效的处理含有重金属离子的废水。 选用不同的氧化剂氧化超高交联聚苯乙烯树脂NDA-150,得到表面含较多含氧官能团的NDA-N1、NDA-N2和NDA-N3。选用这三种氧化修饰树脂作为吸附剂,与NDA-150作比较,研究了氧化修饰树脂对重金属离子、苯酚以及重金属离子和苯酚复合污染体系的吸附性质,发现:303K 下,当金属离子平衡浓度Ce=0.05 mmol/L时,氧化修饰树脂NDA-N1、NDA-N2、NDA-N3对铅离子的吸附容量分别是NDA-150的18倍、39倍和75倍,对铜离子的吸附容量分别是NDA-150的4678倍、11441倍和20929倍:吸附符合Langmuir吸附等温方程,吸附量与树脂表面的羧基含量成正相关关系,吸附机理为离子交换;氧化修饰树脂吸附苯酚时,吸附符合Freundlich等温方程,303K下研究的浓度范围内(1-5 mmol/L),NDA-N1、NDA-N2、NDA-N3对苯酚的最大吸附量分别是NDA-150的80.14%、57.59%、38.21%。氧化修饰树脂吸附金属离子和苯酚的复合组分时,两种物质的吸附量和吸附速率与单组分相比都略有增加,主要原因可能是金属离子与苯酚之间形成了π电子—金属离子络合物。 与NDA-150相比,氧化处理使树脂对金属离子的吸附量得到了提高,同时却降低了树脂对苯酚的吸附量。为了制得对金属离子和苯酚吸附量都相对较高的树脂,在后交联过程中加入水杨酸,得到表面含有较多含氧官能团的修饰树脂NDA—O。采用NDA—O、未修饰的NDA-150和同类型国际知名品牌MN-200作为吸附剂,研究树脂对金属离子、苯酚以及离子和苯酚复合体系的吸附性质,发现:303K下,当金属离子平衡浓度Ce=0.2 mmol/L时,NDA—O对铅离子的吸附容量分别是NDA-150和MN-200的9.92倍和3.32倍,对铜离子的吸附容量分别是NDA-150和MN-200的2503倍和6.20倍,离子平衡浓度低时吸附机理为离子交换,离子平衡浓度较高时吸附机理为离子交换和络合共同作用,吸附动力学数据符合准二级动力学方程,修饰后树脂对离子的吸附速率下降,吸附过程为膜扩散和颗粒内扩散共同控制;三种树脂吸附苯酚时,吸附符合Langmuir等温方程,三种树脂对苯酚的吸附能力相当,吸附动力学数据符合准二级动力学方程,NDA—O的吸附速率低于后两者;三种树脂吸附金属离子和苯酚的复合组分时,NDA—O对金属离子的吸附选择性高于苯酚。与单组分相比,两种物质的吸附量和吸附速率都略有增加,可能是因为金属离子与苯酚之间形成了π电子—金属离子络合物。 以NDA—O、NDA-150和MN-200作为吸附剂,动态吸附单组分金属离子时发现:相同实验条件下,NDA—O对金属离子的饱和吸附体积是后两者的3倍左右。以2M的盐酸为脱附剂,10 BV以内可以将金属离子完全脱附。动态吸附处理同时含有铅离子、铜离子和苯酚的复合污染模拟废水时发现:NDA—O对复合污染废水的处理量远远高于后两者,以10%盐酸和10%乙醇的混合物为脱附剂,室温下脱附效果很好。结果表明,水杨酸修饰的NDA—O可以作为复合污染体系的吸附剂,为复合污染的水体处理提供了理论与方法方面的指导。
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