新型环保吸附剂的制备以及对重金属离子的吸附性能研究

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众所周知,人类生活离不开水。但随着我国大力发展工农业,我们身边的水源受到了不同程度的污染,人类和动植物的生存也随之都受到了影响。因此,改善水质问题成了现今迫在眉睫的事情,其中去除金属离子是当下污水处理的热点话题之一。本文针对水环境中的重金属污染进行了研究,制备了系列新型环保材料来除去废水中的重金属,研究内容主要包括两个部分:第一部分为壳聚糖的改性以及对重金属离子的吸附性能研究。用巯基乙酸(Thioglycolic Acid)修饰壳聚糖(Chitosan),得到巯基壳聚糖(SulfhydrylChitosan),并且利用傅立叶红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、差热-热重分析仪(DTA-TG)等方式对巯基壳聚糖进行了表征,试验结果表明巯基乙酸的羧基分别与壳聚糖的氨基、醇羟基形成酰胺和巯基乙酸甲酯,从而使巯基功能团接枝在壳聚糖表面,分散性良好。然后探索了巯基壳聚糖的吸附性能,用制得的巯基壳聚糖来吸附处理Cu2+、Pb2+溶液,并探索搅拌时间、溶液pH值、温度、及巯基壳聚糖的用量等条件对吸附的影响,分析得到其吸附的最佳条件。吸附试验结果表明:在100mL,20mg/L的Cu2+水溶液中,温度为310K,pH为5,吸附时间为12min,吸附剂用量为50mg时,吸附效果最好,去除率达到87%,最大吸附容量为34.8mg g-1,巯基壳聚糖对Cu2+的吸附动力学可由拟二级反应模型拟合。在100mL20mg/L的Pb2+水溶液中,当温度为315K,pH为6,吸附时间为14min,巯基壳聚糖的用量为50mg时,处理效果最好,去除率可达90%,最大吸附容量为36.0mg g-1。另外,巯基壳聚糖还对实际废水体现了良好的吸附效果并且具有较高的重复利用率。第二部分为介孔材料SBA-15的表面改性以及对重金属离子的吸附性能研究。主要考虑介孔材料SBA-15具有结构高度有序、均匀、比表面积大,孔隙多等特性,EDTA含有较多活性集团-COOH。本研究选用介孔材料SBA-15为研究对象,在其表面引入-NH2,得到NH2-SBA-15,在此基础上再嫁接EDTA,合成了介孔材料EDTA-SBA-15,通过FT-IR、XRD、TEM、氮气吸附-脱附等温线、XPS等对其进行表征,表明EDTA已成功嫁接在SBA-15的表面,所合成的材料属于介孔材料,其性能符合介孔材料的特征。改性后所得的EDTA-SBA-15具有较好的吸附性能,在50mL100mg/L的Cu2+水溶液中,当温度为298K,pH为5,吸附剂用量为50mg,吸附时间为20min时,吸附效果达到90%,最大吸附容量为273.2mg g-1。另外,EDTA-SBA-15还对实际废水体现了较好的吸附效果并且具有较高的重复利用率。采用拟二级反应模型能较好地拟合吸附动力学数据(R2=0.9999),并且平衡吸附容量的实验值(qe,exp)和计算值(qe,cal)吻合较好,表明吸附剂对金属离子的吸附由化学反应控制。吸附采用Langmuir模型吻合较好(R2=0.9792),吸附过程可能同时包括物理吸附和化学吸附。
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