木基重金属离子吸附材料制备、性能及吸附机理研究

来源 :北京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xqm009
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新型吸附材料开发是解决水体重金属离子污染问题的重要方向,木材作为可再生材料,因其易于改性、来源丰富的特点,具备天然优势。针对重金属离子吸附材料制备工艺繁琐、成本与能耗较高等问题,本研究以木材多维孔隙结构为基础,利用脱木素作用与丙烯酰氯(AC)、四乙烯五胺(TEPA)、丙烯酰胺(AM)、二甲基咪唑锌盐(ZIF-8)与二甲基咪唑钴盐(ZIF-67)等作为改性剂,采用真空浸渍与接枝改性、原位沉积等方法,对木材进行自上而下改性,制备木基重金属吸附材料。研究不同改性方法对吸附材料的形貌结构与化学组成的影响;探索p H值、吸附时间、离子初始浓度、温度等条件与木基吸附材料的吸附容量和吸附速率的关系;利用动力学方程与吸附等温线方程拟合分析木基吸附材料对重金属离子的吸附机理。主要研究结论如下:(1)将AC接枝到脱木素木粉上,并通过与TEPA加成,可制备氨基化木粉吸附材料。其对Pb2+的吸附在180 min达到平衡,吸附容量为189.9 mg/g,含O、N基团的羟基、氨基与重金属离子发生螯合反应,吸附过程主要为单分子层化学吸附。(2)在氯化钙(CaCl2)/双氧水(H2O2)引发体系下,以甲基丙烯酸-2-羟基乙酯(HEMA)与AM为改性剂处理脱木素木材,可制备氨基聚合物接枝木材气凝胶吸附材料。Cu2+、Pb2+、Mn2+吸附容量分别为46.98 mg/g、171.39 mg/g、45.29 mg/g。聚合物填充降低了木材孔隙率,且比表面积下降,导致吸附速率较低。吸附过程高度符合拟二阶动力学方程,同时可很好地拟合Langmuir吸附等温线模型,表明该过程为理想且均一的单分子层化学吸附过程,羟基、氨基与重金属离子共用电子对。(3)通过溶液法与真空浸渍法,在脱木素木材气凝胶框架中原位生成ZIF-8与ZIF-67,得到ZIFs木材气凝胶吸附材料。ZIF-8木材气凝胶的Cu2+、Pb2+吸附容量分别为87.35 mg/g、316.43 mg/g。ZIF-67木材气凝胶的Cu2+、Pb2+吸附容量则分别为118.50 mg/g、518.75 mg/g。ZIFs比表面积大,大量附着于木材气凝胶结构中,显著提高了吸附容量,但溶液渗透气凝胶达到吸附平衡需要约8小时。ZIFs木材气凝胶的吸附过程符合拟二阶动力学方程与Langmuir吸附等温线模型,通过重金属与氮或氧原子共用电子对实现单分子层化学吸附,吸附材料表面均一,且吸附质相互作用弱。
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