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磁性阴离子交换树脂对腐殖酸的吸附行为与机理研究

潘菲  
【摘要】:本论文在对比常见商业树脂吸附剂的基础上,系统研究了团队自主研发的系列磁性强碱阴离子交换树脂(NDMP)功能基团、骨架结构对腐殖酸吸附的影响。研究表明:阴离子交换树脂由于存在功能基团其对腐殖酸的吸附效果优于吸附树脂和活性炭;在阴离子交换树脂中,丙烯酸骨架树脂比苯乙烯骨架树脂更易吸附腐殖酸,在骨架结构相同的情况下树脂的交换容量越高吸附效果越好,孔道大小对吸附的影响较小;在脱附性能上,亲水性较强的丙烯酸骨架树脂脱附性能较好。同时,对比考察了系列NDMP树脂对腐殖酸的吸附行为,结果表明:在树脂其它性质相同的情况下,含水量越高越利于吸附。在此基础上,进行NDMP树脂对不同分子量腐殖酸组分的吸附研究,结果表明:不同分子量大小的腐殖酸具有不同大小的负电荷,影响吸附的主要因素为该负电性大小,负电性越大,吸附量越大。本论文还研究了溶液化学条件对NDMP树脂吸附性能的影响,结果表明:溶液pH适当升高、盐含量增加、高价金属离子浓度降低有利于吸附。 主要研究内容和结论如下: (1)探索了树脂的理化结构对腐殖酸吸附的影响。通过吸附动力学、吸附热力学和脱附实验发现相对于吸附树脂,阴离子交换树脂具有较大的吸附容量。在阴离子交换树脂中,骨架结构对吸附性能具有极为重要的影响,丙烯酸系离子交换树脂优于苯乙烯系离子交换树脂,说明树脂的亲水结构有利于腐殖酸的吸附。同时,丙烯酸骨架结构还有利于腐殖酸的脱附。在考察了系列NDMP树脂吸附腐殖酸的性能后发现,树脂的含水量升高有利于其对腐殖酸的吸附。 (2)研究了不同分子量腐殖酸组分在NDMP树脂上的吸附机理。采用超滤膜技术将腐殖酸按照分子量大小分成四个组分,各组分的芳香性随着分子量的增大而增大,但电负性大小顺序为:HA2500-10000HA10000HA1000-2500HA1000。结果表明:电负性是影响腐殖酸在NDMP树脂上吸附的最重要因素,分子尺寸的影响较小。其中,NDMP树脂对2500-10000Da组分的腐殖酸吸附量最大(吸附量为25.94mgTOC/g),对平均分子量小于1000Da的腐殖酸组分基本不能吸附。吸附热力学研究表明,HA2500-10000组分与NDMP树脂的吸附作用力最强,除静电作用外,吸附过程可能还存在范德华力、氢键及化学键力等作用力。 (3)考察了溶液化学条件对NDMP树脂吸附腐殖酸的影响。研究结果表明:NDMP树脂对腐殖酸的吸附量随着溶液pH值的升高而升高,在pH10后吸附量急剧下降;溶液中低浓度盐(NaCl、Na2SO4)的存在,可促进NDMP树脂对腐殖酸的吸附,可能是由于“盐析”作用;当盐浓度过高时由于阴离子的竞争吸附作用导致吸附量下降;溶液中高价金属离子(Ca2+、Mg2+、Al3+、Fe3+)由于与腐殖酸发生络合作用,其存在会显著降低NDMP树脂对腐殖酸的吸附量。


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