论文部分内容阅读
工业生产形成的重金属废水,直接排放会造成严重的环境污染和资源浪费,需要对其进行处理以脱除有毒有害的重金属离子,并可实现有价金属和水资源回用利用。本课题着眼于电解锰工业的含锰废水和电池工业的含铅废水两个体系,合成新型离子交换剂,分别应用于含锰废水锰资源回用中钙离子的去除和含铅离子废水中铅离子的脱除处理。利用响应曲面方法进行实验研究,以对钙离子的交换性能为评价指标,最终确定了几种焦磷杂多酸盐的最佳合成条件。测试了在最优条件下合成的五种焦磷杂多酸盐对钙离子的离子交换容量、交换速率和在含锰废水中对钙离子的选择性,并与两种钙分子筛进行对比,结果表明焦磷钨酸锆具有比较好的钙离子交换性能。借助傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、热分析仪和全自动比表面积及孔隙度分析仪等测进行了焦磷钨酸锆(ZWPP)的表征,并最终确定了其经验式,结果表明焦磷钨酸锆是一种由纳米颗粒构成的、有一定无定形特征的微晶介孔材料,BET比表面积和孔分布在离子交换前后发生改变,但微晶结构没有改变。钙离子交换过程的动力学和热力学研究表明,焦磷钨酸锆具有良好的交换动力学性质,离子交换过程符合准二级、Boyd动力学模型和Langmuir单分子层吸附模型。通过直接共混复合法制备了焦磷钨酸锆-聚苯乙烯(ZWPP-PS)复合型离子交换剂,测试了其在含锰废水中对钙离子的选择性,以及电池工业废水中铅离子的选择性,考察了溶液初始浓度、pH值、交换剂用量和接触时间对铅离子去除效果的影响,并对离子交换过程进行了动力学和热力学分析。分析了ZWPP-PS材料的结构特征,并与ZWPP进行了对比,结果表明ZWPP-PS的BET比表面积、平均孔径和孔容均比ZWPP增大,聚苯乙烯与杂多酸通过静电相互作用结合,苯环通过吸电子作用干扰了焦磷钨酸锆的晶体生长,晶体发育出现缺陷或畸变,导致ZWPP-PS无定形特征更加明显。