β-环糊精聚合物对重金属及有机污染物的吸附特性及其应用研究

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随着城市现代工业化的快步发展,重金属离子和有机污染物成为水环境污染中最常见的污染物质,含量较低,毒害作用大。目前,由于常规的净水技术不能有效去除二者,因此,有必要寻找一种环保的、经济的、有效的饮用水深度处理净化方法。吸附法是目前比较廉价、易操作且有效的处理方法,但是在处理饮用水时,由于污染物浓度较低,去除效果不佳。在这一前提下,研究一种高效、无污染的新型绿色吸附剂具有重要意义。本研究是利用β-环糊精聚合物(β-CDP)对饮用水进行深度处理,实现对重金属离子和有机污染物的吸附去除,对相关的吸附理论、影响因素及再生方法进行探究,为β-CDP这种新型吸附剂在微污染水中的应用提供参考。主要研究内容如下:(1)在碱性条件下,以环氧氯丙烷为交联剂,将β-CD单体交联聚合合成β-CDP。并通过SEM、FT-IR、XRD等手段对材料的结构形貌和理化性质进行表征,并通过与β-CD的吸附对比试验,发现β-CDP比β-CD具有更好的吸附效果。(2)以Cu2+为重金属污染物的代表、氯苯为有机污染物的代表,研究了吸附时间、投加量和pH值等条件对吸附效果的影响。三个因素对β-CDP吸附两种污染物的影响规律一致:吸附容量与时间呈正相关关系,随后吸附速率变缓,直至吸附容量达到最大值;随着投加量的增加,平衡吸附量减小,但去除率增加,选择0.2 g的投加量;在pH=7的中性条件下去除效果最好。(3)从吸附动力学和吸附热力学两个方面研究β-CDP对Cu2+和氯苯的吸附机理。分别用一级吸附动力学方程和二级吸附动力学方程对试验数据进行拟合,结果表明,二者的吸附过程更符合二级动力学模型,表明了β-CDP具有多重吸附位点,并且是以化学吸附占主导地位的吸附反应;分别用Langmuir和Freundlich吸附等温式对所得数据进行拟合,二者的吸附过程均更符合Langmuir吸附等温线,表明β-CDP以单层吸附为主,且吸附活性位点均匀分布。(4)将β-CDP固载于石英砂上进行动态吸附试验。设计正交试验,探究影响因子(填料高度、滤速、粒径)的不同水平对吸附柱去除效果的影响,其中填料高度的影响最显著;重点研究不同填料高度和不同污染物初始浓度下的动态吸附穿透曲线,得到二者的吸附穿透点(ta)和耗竭点(tb)与填料高度及污染物初始浓度的关系;并利用Yoon-Nelson模型对得到的穿透曲线进行拟合,得到相关参数。(5)探究了β-CDP吸附不同污染物的再生方法,分析了酸再生和乙醇再生的不同机理。β-CDP经过多次再生后的吸附容量只是略有降低,表明了聚合物有着较高的化学稳定性和再生能力。
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