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聚胺硅胶吸附材料由于具有较强的机械稳定性、耐酸碱性及对重金属离子较高的螯合吸附能力,在废水处理领域应用前景非常广阔。本文在实验室前期工作的基础之上,以聚胺硅胶材料(PAA/SiO2)为基础,开展了提高材料表面胺基含量和吸附选择性两方面的工作:
一方面,在提高聚胺硅胶材料的表面胺基含量及对Cu2+吸附容量方面进行了初步的探索。通过控制反应过程,利用PAA/SiO2材料表面未发生取代反应的氯丙基官能团,继续引入小分子乙二胺(EDA),合成出了新型聚胺硅胶吸附材料PAA-EDA/SiO2。研究了加入PAA与EDA反应的先后顺序对其吸附性能的影响,发现先加入PAA后加入EDA进行反应有助于提高材料的吸附性能。其他条件相同,通过改变PAA与EDA两种功能单体的加入时间,且控制其总反应时间为24h条件下,合成出新型PAA-EDA/SiO2材料,结果表明:其胺基含量及对Cu2+吸附容量均得到了显著的提高,且均在同一反应时间里出现了峰值,分别为2.170mmol·g-1,0.724mmol·g-1。从而确定出了PAA-EDA/SiO2材料合成的最佳反应时间为:先加入PAA反应10h后,再加入EDA反应14h。
另一方面,为提高PAA/SiO2材料对铜离子的选择性,在其基础上制备了铜离子印迹聚胺硅胶材料(ⅡP-PAA/SiO2),并通过静态实验和动态实验考察了两种材料的吸附性能。结果表明:在静态和动态条件下,ⅡP-PAA/SiO2材料对Cu2+具有较高吸附容量,并且在Cu2+/Zn2+混合离子溶液中,其对铜离子的选择吸附性能明显提高。通过动态吸附条件实验,研究了不同的进液流速、铜溶液浓度及吸附剂装填量等因素下ⅡP-PAA/SiO2材料的动态吸附性能,结果表明:较低的流速、较小初始浓度以及较大的吸附剂装填量能够提高材料对Cu2+的吸附能力。考察了洗脱溶液的流速及浓度对材料洗脱效果的影响,发现较高的洗脱溶液浓度及较大的流速可提高洗脱效果。对ⅡP-PAA/SiO2材料进行了6次吸附、洗脱、再生等循环操作,其吸附性能未发生明显改变,表明材料可重复使用。
采用Thomas模型及Yah模型分别对实验数据进行了拟合,结果发现Yah模型能较好地对ⅡP-PAA/SiO2材料整个吸附传质过程进行描述和预测。