新型纳米磷酸锡复合树脂研制及重金属吸附性能研究

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铅和镉是污染水质最为典型的两种重金属污染物。亚10 nm纳米材料独特的尺寸结构,可使其高效快速去除废水中的铅、镉离子,因而成为当前的研究热点之一。同时,锡的磷酸盐对重金属离子具有较强的络合能力。因此,本论文提出了一种低于临界尺寸的新型亚10 nm磷酸锡纳米材料,并利用简单方法实现了该种材料的制备。为了克服纳米材料易团聚的应用瓶颈,将亚10 nm材料稳定的负载到D001树脂基体表面,研制出新型树脂基纳米复合材料。本文利用亚10 nm磷酸锡和纳米磷酸锡复合树脂作为吸附剂净化含铅、镉重金属废水,研究了其吸附性能,并进一步探讨了纳米磷酸锡复合树脂对污水中铅离子吸附机理。论文首先通过化学沉淀法制备合成了新型纳米吸附材料——亚10 nm磷酸锡。利用透射、XRD对材料进行表征分析,确定成功制备出亚10 nm磷酸锡材料。通过静态吸附实验验证了材料2 min之内即可达到吸附铅离子动力学平衡,且吸附容量达到1300 mg/g。在高浓度Ca(Ⅱ),Mg(Ⅱ)和Na(I)竞争离子存在时,吸附材料对水体中铅离子去除率均高于99%,具有优异的吸附选择性,证明了该材料的应用可行性。在此基础上,利用了多巴胺可在D001树脂表面自聚氧化生成聚多巴胺薄膜,具有较强粘附力的特性,将亚10 nm磷酸锡原位生长于涂覆多巴胺的树脂基表面,制备合成了树脂基亚10 nm磷酸锡复合材料。通过扫描、透射、XRD、BET等表征方法,对材料的形态样貌、尺寸大小,晶体结构等方面进行观察分析。通过一系列吸附铅离子静态批次实验,证明了材料具有较宽的pH应用范围(pH值:2.0-7.0);通过Langmuir拟合得到了材料的最大吸附容量为450 mg/g;复合材料对铅离子具有显著的高选择性,K_d值是基体材料的450倍。通过柱吸附实验得到了复合材料有效处理含铅离子废水能力为8400 L/Kg,出水中Pb(Ⅱ)离子浓度<10μg/L,且在5个循环吸附-脱附再生周期内,对铅离子去除率高于90%,具有优异的吸附再生性能。2分钟之内快速完成10个循环的超高速过滤实验,去除效率高达98.8-99.8%,进一步证明了材料的实际应用性。最后,本论文初步探讨了树脂基亚10 nm磷酸锡复合材料对镉离子的去除效果,验证了材料对多种重金属的吸附均具有良好的适用性。
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