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煤基螯合树脂的制备及对重金属离子吸附性能的研究

杨小雁  
【摘要】:重金属离子对环境的污染,尤其是对水质的污染早已成为影响人类以及其它生物生存环境的重大问题。寻求一种物美价廉,既不污染环境又能有效脱除金属离子的吸附剂,在环境保护、资源回收等方面有着重要的研究价值和广泛的应用前景。 本课题以腐植酸钠和多胺型单体为原料,采用缩合、转型、造粒一次完成的工艺交联聚合制备多胺型煤基螯合树脂,合成了一种具有吸附分离功能而且低成本的新型吸附材料,并对合成的煤基螯合树脂进行了结构表征。 在详细试验的基础上,确定以多乙烯多胺(PEPA)为多胺型单体,海藻酸钠为粘合剂,腐植酸钠和PEPA的配比为4:1,腐植酸钠:海藻酸钠为4:1制备的煤基螯合树脂,对Cu~(2+)、Zn~(2+)和Ni~(2+)具有较强的吸附能力。通过对煤基螯合树脂的FTIR分析,证实树脂中引入了含N官能团,氮原子处于多交联状态,具有预期形成的多胺型煤基螯合树脂的结构特征。 系统研究了煤基螯合树脂的溶胀性能,对Cu~(2+)、Zn~(2+)和Ni~(2+)的静态吸附容量、吸附动力学、等温吸附、再生性能,并提出了吸附机理。结果表明:(1)树脂溶胀系数随着溶剂极性的降低而减小,在酸性或碱性溶液中只溶胀不流失,可再生。(2)树脂对Cu~(2+)、Zn~(2+)和Ni~(2+)有较强的吸附性,吸附能力依次为Cu~(2+)Zn~(2+)Ni~(2+)。(3)采用Langmuir动力学方程和Elovich方程对试验数据进行模拟。动力学方程拟合结果表明,以Langmuir动力学方程最能准确描述树脂对Cu~(2+)、Zn~(2+), Ni~(2+)的吸附动力学,吸附主要以单分子层吸收为主。(4)等温吸附研究证明,在试验浓度范围内树脂对Cu~(2+)、Zn~(2+)、Ni~(2+)的吸附可用Langmuir或Freundlich方程近似描述,为单分子层吸附。(5)树脂再生后仍保持良好的吸附能力,在处理含上述重金属离子的工业废水方面具有较高的应用价值。 最后,考察了吸附平衡时间、树脂粒度、用量、温度、pH值、溶液初始浓度等因素对Cu~(2+)、Zn~(2+)和Ni~(2+)吸附量的影响。在室温(20-25℃)下,煤基螯合树脂的吸附平衡时间约为2h,选择粒径为1mm左右树脂,采用50mL初始浓度为100mg/L的溶液作试验时,树脂的加入量为0.5g为宜,在pH为5.0-7.0范围内,对Cu~(2+)、Zn~(2+)和Ni~(2+)具有较好的吸附性能。


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