胺基修饰超高交联树脂对芳香酸类化合物的吸附行为研究

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芳香酸类有机废水具有排放量大,污染物种类多、浓度高,废水酸性强、毒性大、含盐量高和难生物降解的特点。利用树脂吸附法处理该类废水还远没有达到得心应手的程度。现有商品化树脂要么对某些水溶性大、带离子基团的物质吸附量较低,要么受到废水中pH、盐浓度的较大干扰。本论文针对性地设计并合成了三种不同胺基修饰的超高交联聚苯乙烯树脂(NJ-01,NJ-02,NJ-03),系统研究了这三种树脂对芳香酸类化合物的吸附行为,并和现有树脂进行对比,对应用前景进行了初步展望。 本论文通过对江苏南大戈德环保科技有限公司提供的超高交联树脂NJ-00,分别用二甲胺、α-甲基吡啶和三甲胺进行修饰,制得了NJ-01、NJ-02、NJ-03三种树脂。检测表明,修饰后的树脂表面带有一定量的叔胺基或季胺基等碱性基团,具有较大的比表面积和纳米微孔,且机械强度良好。 本论文系统研究了NJ-01和NJ-02对酚类化合物的吸附行为,并与NJ-00树脂进行对比。结果表明,修饰后的树脂与修饰前相比,对酚类化合物有较为优越的吸附性能;修饰前后树脂吸附能力之间的关系符合以Q<,m>=K×Q<,0>+d表示的线性方程(其中Q<,m>、Q<,0>分别为修饰后和修饰前的吸附量),经分析推测,其中K为与树脂和吸附质之间吸附力性质的变化相关的参数,d表征因修饰引起的孔结构和孔分布等变化造成的不利因素。等温线拟合结果显示,在研究的浓度范围内,酚类化合物在NJ-00、NJ-01、NJ-02三种树脂上的吸附符合Freundlich吸附等温式,低温有利于吸附的进行;对同种树脂来说,不同吸附质的吸附量不仅由其疏水性决定,还与其极性、水溶性、酸碱性等相关。 本论文研究了溶液pH、盐浓度对芳香磺酸和芳香羧酸类化合物在大孔强碱性阴离子交换树脂D-201、大孔弱碱性阴离子交换树脂D-301和NJ-03树脂上吸附行为的影响。结果表明,溶液pH值的降低不利于D-201树脂对芳香磺酸和芳香羧酸类化合物的吸附,对NJ-03树脂的吸附能力影响不大,而在D-301树脂上则表现为随着pH值降低,吸附量先增加后又呈下降趋势。pH影响吸附量的因素主要包括吸附质疏水作用的变化、酸根离子与吸附质之间的竞争等。盐浓度的增加不利于D-201、D-301树脂的吸附,对NJ-03树脂的吸附能力却影响不大,甚至有所帮助。盐浓度影响吸附量的因素主要包括盐电离产生的阴离子与吸附质之间的竞争和盐析作用等。总之,与常用的离子交换树脂相比,NJ-03树脂对溶液pH和盐浓度的变化耐受性较好,尤其对苯甲酸和苯磺酸,在酸性较强和盐浓度较高的情况下NJ-03树脂均表现出较为优越的吸附性能。 综上所述,本论文针对树脂吸附法处理芳香酸类废水过程中存在的问题,对原有树脂进行修饰改性,并研究证明修饰后的树脂具有良好的吸附性能和抗pH、抗盐干扰的能力,具有良好的应用前景。量化了胺基修饰改性致使树脂吸附性能改善的因素,分析了修饰后树脂的吸附机理,并探讨了pH和盐浓度影响吸附性能的微观原因,为树脂的修饰改性及其在化工废水治理领域中更好的应用提供了理论支持。
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