氨基修饰的磁性聚合物微球对水中重金属离子吸附与回收

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随着环境污染的日趋严重,环境问题引起了人们的极大关注。重金属的应用非常广泛,使用量也越来越大,它所带来的环境污染问题正在危害着人们的健康。而且贵金属资源日益枯竭,成本昂贵,迫切需要开发一种能清除水中重金属离子的高效方法,同时有效实现其回收。重金属在水体中的污染大部分是以离子形式。目前,常用的解决重金属离子污染问题的方法包括,中和法、硫化物沉淀法、铁氧体法、氧化还原法、电解法、离子交换树脂法、吸附法等。中和法和硫化物沉淀法具有操作简单、快速的优点,但是会产生二次污染,无法彻底解决污染问题。铁氧体法和氧化还原法能再次利用重金属离子,但是它们的工艺复杂、操作比较困难。电解法能回收重金属,但是耗能高。离子交换树脂法处理容量大,出水质量好,是目前最常用的方法,但是不易再生,且易中毒和老化。吸附法分离操作简便快速,日益受到广泛的研究应用。其中,活性炭吸附法操作较简单,能回收利用重金属,但是容易失活。而低成本吸附材料如工厂废渣、煤渣、植物种子皮、果皮、海藻等,具有材料来源广泛,价格便宜等优点,但是这些材料需要复杂的前处理,无法回收重金属,且多为一次性吸附材料,并产生二次污染。因此,如果能寻找到一种分离速度快、操作简单、能回收重金属并可再生的吸附材料,吸附法将能有效地处理重金属污水,并且回收贵重金属。聚合物磁性微球由于具有较大的比表面积,快速的磁响应性及可以修饰上多种功能团等优点,适于在众多领域中分离目标产物。本论文设计合成乙二胺改性的聚合物磁性微球,并用来分离回收水溶液中的重金属离子,对吸附条件、脱附、再生及吸附机理等进行研究。研究结果如下:1、利用微悬浮聚合法成功的制备了具有超顺磁性的甲基丙烯酸甲酯/二乙烯基苯共聚高分子微球,并用乙二胺对它进行改性。对微球的比表面积、表面形貌、N含量和磁含量等进行了表征。结果表明其具有较大的比表面积、良好的单分散性、较多的功能基和较大的磁含量。2、利用制备的聚合物磁性微球来吸附重金属离子,并探索了吸附条件。微球对重金属离子的最大饱和吸附量分别为镉67.7mg g-1,钴50.0mg g-1,镍47.6mg g-1,铜50.6mg g-1。吸附过程可以在常温、pH=3~6下5min之内完成。并且实现出水浓度低于国家综合废水排放标准。完全可以实现对重金属离子的清除。3、通过对脱附、再生等的研究发现,吸附在微球上的重金属离子可以在酸的作用下达到98%以上的脱附率,操作过程和材料简单,可快速完成,所需酸的浓度较小。聚合物磁性微球作为重金属离子的吸附剂,可以完全回收重金属离子。在碱的作用下,微球可恢复95%以上的吸附能力,再生过程操作简单,高效快速完成,碱液浓度较小。因此,聚合物磁性微球具有较好的可再生性能。4、乙二胺改性聚合物磁性微球的过程是在较高的温度下进行,微球表面的聚合物结构变得更为稳定,减缓了酸和碱对微球的破坏过程,保证了微球具有较好的重复使用能力。在吸附了15次后,吸附能力几乎保持不变,并在使用35次之后还具有一定的吸附能力。5、分别用三种吸附模型对微球吸附重金属离子的机理进行研究,发现平衡吸附数据符合Langmuir等温吸附式,证明微球对重金属离子的吸附是单分子层的化学吸附。与活性炭吸附、离子交换树脂等方法相比,氨基修饰的聚合物磁性微球吸附法具有操作简单,使用方便,快速高效,可回收重金属,本身易再生,出水质量好,结构和性能稳定等优点,在处理重金属领域具有良好的应用前景。
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