多配位点螯合树脂构造及其吸附性能研究

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水是生物起源必不可少的物质,更是人类得以生存的基础。我国是一个比较缺水的国家,总量虽然很大,但人均却很少,明显低于世界平均水平,是典型的缺水型国家。与此同时正面临着唯GDP发展方式带来的水污染问题的持续发酵,这与改善人居环境,保证健康、安全供水的党的宗旨形成了巨大的矛盾。现代工业化生产排放的含有重金属离子的废水的主要原因:一方面,其使得大量的水资源被污染,并严重的危害了生态系统并对人体的健康造成很大的威胁,另一方面,随着经济的不断发展,改革进入深水区,要坚持持续健康绿色的发展道路,坚持资源节约型、环境友好型的发展方向,解决重金属废水、改善水环境成为厄待解决的问题。吸附法是处理重金属离子污染废水的一个重要方法,能很好的将重金属离子进行富集、分离、回收,而新型螯合吸附剂的设计合成、吸附体系的探索研究以及吸附动力学性能的探索研究则是吸附法的三个重要组成部分,对其实际的应用和推广具有极其重大的意义。当今国内外的螯合吸附剂主要分液体和固体两大类:(1)液体的螯合吸附剂会有部分进入水相而不易回收,在变相提升成本的同时对环境造成了一定污染;吸附后的螯合复合物又难以洗脱重金属离子,重复利用困难,再次加剧了成本的投入,成为液体螯合吸附剂推广的最大掣肘。(2)固体的螯合吸附剂分为自身螯合吸附剂和复合吸附剂,自身螯合吸附剂受限于自身结构和官能团的限制,对重金属离子的去除效果并不理想;复合螯合吸附剂克服了液体螯合吸附剂与自身螯合吸附剂的缺点,能更好地达到去除重金属的目的并可以在大规模工业化中推广使用,基体、官能团的选择、复合连接的技术就显得尤为重要。本文内容设计并制备了两种固体复合螯合吸附材料:3-氧戊二酰胺改性聚苯胺和二氧化钛负载型三聚氰胺甲醛树脂,并对其对主要重金属的吸附性能、吸附动力学特性进行了详细的研究,主要包括以下几个方面:1.设计并制备了改性聚苯胺-采用反相微乳液法制备了具有较强抗氧化性、不溶于水的新型聚苯胺基体,拥有较强活性的二甘酰氯,利用氨解反应,成功将3-氧戊二酰胺结构接枝到树脂基体上,并对产物进行了表征;2.研究了改性聚苯胺对铜离子的吸附性能,详细考察了时间、温度、螯合吸附剂用量、吸附次数等因素对吸附率的影响,并详细研究了其在各个过程中的吸附机理,并用螯合吸附剂吸附复合后的化合物进行了表征,主要内容如下:(1)在1h内,随着时间的延长,吸附率迅速上升;在1h后,吸附率变化相对平缓,很据效率原则,震荡时间为1h为最佳;(2)随着吸附剂用量的增加,吸附率迅速上升;在0.09g之后,速率变缓,所以确定最优吸附剂用量为0.09g;(3)随着温度的升高,吸附率逐渐升高;达到40℃以后,上升速率比较平缓,所以最佳温度为40℃;(4)随着对改性聚苯胺的使用次数增长,吸附效率逐渐降低,在4次以后已经降到50%以下,不太适合继续使用;3.设计并制备了二氧化钛负载型三聚氰胺甲醛树脂,在羟甲基化的大分子三聚氰胺中加入微米级的二氧化钛进行原位聚合,加热固化后形成具有较大孔隙的网状三聚氰胺甲醛树脂,其空腔内表面带有负电荷,能很迅速地和重金属离子结合并把它牢固控制在网状结构内,对二氧化钛与三聚氰胺的不同配比所制备的改性树脂也进行了探索研究;4.考察了二氧化钛负载型三聚氰胺甲醛树脂对重金属铜、铅的吸附性能,研究了时间、温度、吸附剂用量、重金属水溶液浓度等因素对吸附性能的影响以及其动力吸附特性,主要内容有:(1)二氧化钛负载型三聚氰胺甲醛树脂遵循准二级动力学方程,相关度可达0.9981。(2)随着温度的升高,吸附效果明显增强,但在30-40℃之间出现平缓,之后再升高温度,吸附效果逐渐变差。(3)随着时间的延长,吸附效果越来越好,在3h基本达到平衡。(4)随着吸附剂用量的增大,吸附效果越来越好。(5)二氧化钛与三聚氰胺配比为1:2时,吸附效果最好。
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