D113树脂和改性聚丙烯腈纤维对废水中己二胺的吸附研究

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随着我国工业体系的完善,己二胺作为一种重要的化工中间体,在工业领域逐渐占据重要位置。在己二胺的生产及应用过程中产生大量含己二胺的废水,这些废水具有毒性大、碱性强、总氮含量高等特点,一般生化技术难以降解。目前,吸附法因操作简单、可回收吸附质、吸附剂能重复利用、二次污染小等特点,广泛用于有机胺废水的处理。因此,寻找一种经济、有效的吸附剂具有重大意义。本文以传统吸附剂为研究对象,对比多种吸附剂,选择吸附容量最佳的吸附剂,探讨其对己二胺的吸附性能;根据吸附剂吸附己二胺的吸附机制,制备新型吸附剂-改性聚丙烯腈(PAN)纤维,进一步分析其吸附效果。具体内容如下:(1)通过对比4种传统吸附剂对己二胺废水中COD的吸附容量,确定了D113树脂为吸附己二胺的最佳吸附剂。考察了pH及吸附时间对吸附效果的影响,并研究了吸附等温线及动力学特征,进一步探究了树脂的吸附及脱附性能。结果表明:D113树脂的吸附容量随pH的降低而减小,呈线性正相关,R2为0.992。当pH为12时,D113树脂对己二胺废水吸附效果最优,羧基与己二胺的离子交换吸附是D113树脂吸附己二胺废水的主要吸附机制。D113树脂对己二胺废水的吸附在4 h达到平衡,最大平衡吸附量为420 mg·g-1。吸附等温线表明,D113树脂对己二胺的吸附更符合Langmuir等温吸附方程;吸附动力学表明,该吸附更符合准一级动力学模型,液膜扩散是D113树脂吸附己二胺的限速步骤。动态吸附与脱附表明,D113树脂动态吸附平衡量约为100 mg·g-1;0.1 mol·L-1盐酸溶液能完全脱附树脂;D113树脂再生性能较好,吸附-脱附再生循环12次,吸附性能并无明显下降。红外吸收光谱图进一步论证羧基是D113树脂吸附己二胺的主要吸附位点。(2)根据上述实验的研究结果,羧酸是吸附己二胺废水的主要功能基团。本章以葡萄糖为原料,柠檬酸为功能单体,PAN纤维为载体,通过水热碳化的方法制备了羧基含量丰富的水热碳改性PAN纤维吸附剂。考察了纤维尺度、纤维结构、水热添加物对改性PAN纤维吸附己二胺的影响。结果表明,改性后,纳米纤维的吸附容量约为微米纤维的216%;经乙二胺交联的改性纳米纤维机械强度高于未经交联的改性纳米纤维;考虑到制备过程的经济性,确定纳米PAN纤维、葡萄糖和柠檬酸的最佳比例为1:5:5,单位吸附量达535 mg·g-1。采用傅立叶红外光谱及X射线光电子能谱仪对吸附己二胺前后的改性纤维进行表征,结果表明水热碳改性纳米PAN纤维上的羧基、羧酸盐及醇酚基团通过离子交换或静电吸引参与吸附反应。
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