新型六价铬吸附材料的可控合成与性能调控研究

来源 :大连工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sharethesun
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随着工业的迅猛发展,如何使排放的污水中各组分浓度符合国家相关排放标准已经成为大多数企业亟需解决的问题。含六价铬(Cr(Ⅵ))废水来源广泛、毒性大,日益威胁着人类的生存环境,必须采用合适的方法去除。在众多去除Cr(Ⅵ)的方法中,运用吸附分离的方法对Cr(Ⅵ)进行去除受到广泛关注,而吸附分离方法的核心是研制具有高吸附性能,高选择性能及高循环再生性能的吸附剂。本论文基于自然界中原材料含量丰富的Fe3O4和壳聚糖,通过使用富含有效吸附基团的材料改性,制备具有高吸附性能的、容易从溶液中分离的新型吸附剂,并研究其吸附性能及机理。实验一通过多巴胺和不同的氨基硅烷偶联剂(APTMS,TSPED,TPDA)制备磁性的中空Fe3O4@A/PDA复合材料去除废水中的Cr(Ⅵ),其中通过使用四氢呋喃溶解作为“核”的PS-COOH,得到中空结构。与已经报道过的磁性氨基化的吸附剂相比,制备Fe3O4@A/PDA的过程中并没有用到高温处理,且相关的有机溶剂用的也比较少,是一种较为绿色环保的制备方法。通过结构表征和批次实验研究合成的复合材料的吸附性能。在合成的三种吸附剂中,Fe3O4@A2/PDA的吸附性能最高,在298 K、pH=2.0时吸附量为284 mg g-1,通过等温吸附模型和动力学模型拟合相关数据,该吸附实验更符合Langmuir模型和拟二阶模型。制备的磁性中空吸附剂通过外部磁铁就可以与溶液分离,并且在吸附-脱附循环再生实验中,五次后吸附剂对Cr(Ⅵ)的去除率仍大于70%。结合XPS分析以及别的分析手段,发现可以用静电吸引和还原反应来解释吸附机理。通过热力学实验及计算,发现该吸附过程是自发的吸热过程。由于磁性Fe3O4@A2/PDA中空复合材料具有高的吸附量、较快的吸附速率、可回收利用,以及可以简单快速的与溶液分离等优点,其可以作为一种新型吸附剂去除溶液中的Cr(Ⅵ)。实验二通过溶胶-凝胶法和冷冻干燥法使用聚乙烯亚胺和壳聚糖合成具有发达的三维网状结构的PEI/CS凝胶球。该吸附剂与已报道的吸附Cr(Ⅵ)的壳聚糖基吸附剂相比,不仅制备过程简单,而且球状结构(颗粒直径3mm)使其更容易从溶液中通过简单的过滤分离出来。通过结构表征以及改变吸附参数表明该吸附剂对溶液中的Cr(Ⅵ)具有良好的吸附效果。三种材料中(CS-GA、CS-GA-PEI、CS/PEI-GA),CS-GA-PEI的吸附量最高,且在298 K、pH=2.0时吸附量为402 mg g-1,该过程为自发的吸热过程,随着温度的升高吸附量也会增加。拟二阶模型和Langmuir模型能更好的解释该吸附过程,吸附剂循环再生五次后对Cr(Ⅵ)的去除率大于80%。由于有部分Cr(Ⅵ)在吸附过程中被还原为Cr(III),所以静电吸引和还原作用同时存在于该吸附实验。同时CS-GA-PEI吸附剂在动态吸附柱实验中也表现出良好的可持续吸附的性能。这些特征表明CS-GA-PEI凝胶球吸附剂可以较好的去除废水中的Cr(Ⅵ),具有很高的工程应用价值。
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