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《南京大学》 2011年
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新型深度除氟改性树脂的制备、表征及特性研究

刘晶  
【摘要】:我国高氟地下水分布很广,遍布27个省、市、自治区,致使华北、西北等干旱半干旱地区饮用高氟水的人较多,危害严重。同时,橡胶、肥料、半导体、玻璃、陶瓷、电镀、矿山开采、制药等行业排放出的含氟废水对生态环境带来明显的污染破坏。因此,除氟技术研究一直是国内外环保领域的热点课题之一。本论文采用自主合成的改性树脂作为除氟材料,并利用红外光谱、比表面积、孔结构、电子能谱等方法对其理化结构进行分析表征,并系统研究了其对低浓度氟离子的吸附特性及作用机理,从而为含氟废水的深度处理探索新途径。 选择苯乙烯-二乙烯苯共聚物(NDA-1800、XAD-4、NDA-150)为母体,采用硝化-胺化、磺化-载金属及硝化-磺化-胺化-载金属等反应制得系列不同功能基的除氟树脂,通过静态吸附实验筛选出吸附容量大的氨基改性树脂、氨基改性及金属负载树脂进行结构分析,改性前NDA-1800和XAD-4树脂以中孔为主,NDA-150树脂以微孔为主,改性后树脂孔径均有所降低。 系统考察了不同改性树脂对低浓度氟离子的吸附特性。氨基改性树脂(NDA-1800-NH2、XAD-4-NH2、NDA-150-NH2)的静态吸附等温线能用R-P方程进行较好的描述,热力学结果表明该反应是自发进行的放热反应。动力学实验结果符合二级动力学方程,三种改性树脂对氟离子的Qe顺序为NDA-1800-NH2 XAD-4-NH2NDA-150-NH2。动态穿透吸附曲线符合Thomas模型和Y-N模型,以出水为1mg/L为穿透点,NDA-1800-NH2、XAD-4-NH2、NDA-150-NH2的穿透时间分别为11h、9h、4h,进一步证明了NDA-1800-NH2的优越性。 将氨基改性后的树脂负载金属制得系列复合功能除氟材料(NDA-1800-N-S-Fe、XAD-4-N-S-Fe、NDA-150-N-S-Fe),静态吸附等温线能用Langmuir方程进行拟合,热力学结果表明该反应是自发进行的吸热反应。动力学实验结果符合二级动力学方程,三种改性树脂对氟离子的吸附量顺序为NDA-1800-N-S-FeXAD-4-N-S-FeNDA-150-N-S-Fe.动态穿透吸附曲线符合Thomas模型和Y-N模型,以出水为1mg/L时为穿透点,NDA-150-N-S-Fe、XAD-4-N-S-Fe、NDA-1800-N-S-Fe树脂的穿透时间分别为26h、24h、23h。 通过对改性树脂吸附氟离子前后的FT-IR及XPS分析可知,氨基改性树脂对氟离子的吸附主要是物理作用,即质子化的氨基与氟离子之间的静电作用。孔结构也对吸附性能有一定的影响,孔径越大,负载的氨基含量越多,从而引起吸附量的增加。同时粒径在动态吸附过程中发挥了重要作用,粒径越小,传质速率越快,吸附容量越大。氨基改性及金属负载树脂对氟离子的吸附主要以化学作用为主,即铁离子与氟离子之间的络合作用,同时NDA-1800上氨基与氟离子之间的物理作用表观较明显。
【学位授予单位】:南京大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TQ320.6

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