酚胺复合材料及其吸附重金属离子性能研究

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根据聚酚胺反应研究与吸附性的应用,本论文设计合成了酚胺螯合树脂及其复合材料,包括聚(邻苯二酚-半胱胺)(PCCA)、Fe3O4基聚(邻苯二酚-1,4-丁二胺)复合材料(Fe3O4@PCBA)和胺化二氧化硅基聚(邻苯二酚-四乙烯五胺)复合材料(SiO2-APTS@PCaTpa)。利用透射电子显微镜(TEM)、环境扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、热失重分析(TGA)、X射线光电子能谱(XPS)、能谱分析(EDS)等方法对材料的结构、形貌、成分进行表征,将其应用于吸附溶液中的Cr(VI),探讨不同因素对其去除行为的影响,包括pH值、时间、温度、初始浓度等,并用等温吸附模型、动力学模型、热力学方程对所得数据进行分析,探究相应吸附的机理。本论文主要分三个部分:(1)Fe3O4@PCBA复合材料对溶液中的Cr(VI)吸附研究。Fe3O4@PCBA对Cr(VI)的吸附实验表明达到吸附平衡的时间为48 h,在293 K时最大去除量为280.11 mg/g,该过程是自发的、吸热的,符合Langmuir和准二级动力学方程。在保持吸附量达250 mg/g的条件下,几乎可以安全去除Cr(VI),因此,Fe3O4@PCBA复合材料颗粒可以直接去除溶液中的Cr(VI)。(2)PCCA对溶液中Cr(VI)的吸附研究。选用半胱胺单体和邻苯二酚进行反应,制备PCCA,并用于吸附溶液中Cr(VI)的研究。经过动力学计算表明,吸附剂对Cr(VI)的去除能力符合准二级动力学,最大去除量是342.8 mg/g,在保持吸附量达300mg/g的条件下,几乎可以安全去除Cr(VI),因此PCCA可以直接去除溶液中的Cr(VI),对吸附机理进行了分析。热力学参数表明过程是吸热的、自发的,吸附剂在循环三次之后仍对Cr(VI)保持较高的吸附量。(3)SiO2-APTS@PCaTpa复合材料对Cr(VI)的去除能力比较:在不同的酚胺比例中合成了SiO2-APTS@PCaTpa复合材料,并在同一条件下吸附Cr(VI),依次研究了等温模型、动力学模型和热力学,发现均符合Langmuir和准二级动力学方程,而Cr(VI)在被吸附的同时会还原成Cr(III),其最大吸附量为400 mg/g,在保持吸附量达350 mg/g的条件下,几乎可以安全去除Cr(VI),因此螯合树脂可以直接去除溶液中的Cr(VI)。(综上,聚酚胺螯合树脂的原料丰富、成本较低、制备简单、吸附量大,特别在较低的Cr(VI)离子浓度条件下,能保持较高的量和去除率,易调控分子结构和进一步改性。总之,聚酚胺吸附材料在处理污水方面有良好的应用前景和研究价值。
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