新型氨基酸接枝PGMA螯合树脂的制备及吸附性能研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jy2103357
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重金属离子对水质的污染,早已对人们的健康与生命安全构成了严重的威胁,寻求一种成本廉价、性能良好的吸附剂,在环保和资源回收利用等方面有着极其重要的研究意义和广阔的应用前景。螯合树脂是一种交联功能高分子材料,其中所含的功能原子可与金属离子形成配位键,可以选择性地从含有金属离子的水溶液中螯合特定离子,且在条件适宜时,已被络合的金属离子可得以释放。因其具有选择性高、离子结合力强、再生能力好、成本低等优点而被广泛应用。本研究以甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)为主单体,二乙烯基苯作为交联剂,通过悬浮聚合的方法制备中间产物PGMA交联微球。第二步是用四种氨基酸(L-半胱氨酸、L-天门冬氨酸、L-丝氨酸、L-苯丙氨酸)对PGMA交联微球接枝改性,制备四种结构类似的螯合树脂(L-Cys-PGMA、L-Asp-PGMA、L-Ser-PGMA、L-Phe-PGMA),并对一系列的合成条件进行了优化,确定最佳工艺参数。运用红外、元素分析、扫描电镜、热失重等分析手段对螯合树脂的结构、接枝效率、表面形态、热稳定性能进行表征。优化L-半胱氨酸接枝PGMA螯合树脂对Ni2+、Co2+、Pb2+、Hg2+四种离子的吸附条件,如树脂剂量、吸附时间、pH、搅拌速度、初始浓度。并在此基础上,运用动力学(准一级动力学、准二级动力学、粒子内扩散)、等温吸附(Langmuir、Freundlich)和热力学模型对吸附平衡进行分析,研究吸附过程的性质,控速步骤及热力学行为。最后研究树脂的解吸再生、溶胀性能。结果表明:合适的剂量分别是5g/L、5g/L、2g/L、lg/L,最适宜 pH 依次是 6.5, 6.0, 6.0, 5.0,最佳初始浓度为 140 mg/L、200 mg/L、190 mg/L、180mg/L,最佳吸附时间为6h,适宜转速为100r/min。在最佳吸附条件下,树脂对四种离子的最大吸附容量分别为20.07mg/g、34.13 mg/g、88.14 mg/g、122.67 mg/g。可用准二级动力学方程对吸附数据拟合,说明为化学吸附,吸附过程中的主要控速步骤为粒子内扩散。在浓度范围0~200mg/L内,所研究的等温吸附遵循Langmuir模型,证实为单分子层吸附,且均是优惠吸附。热力学研究结果证实该吸附是自发、吸热、熵增的过程。另外,树脂吸附-解吸循环使用8次后的再生效率仍高于85%,溶胀率适中。对比L-半胱氨酸、L-丝氨酸、L-苯丙氨酸、L-天门冬氨酸接枝PGMA螯合树脂对四种金属离子的吸附容量大小,L-半胱氨酸接枝PGMA螯合树脂表现出的吸附效果优于其他三种树脂。
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