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近年来随着我国工业的持续发展,重金属对环境的污染越来越严重,其中以重金属铬的污染最为突出。离子交换树脂作为一种高效的吸附分离载体,在重金属废水处理方面有着广泛的应用。
本文以聚苯乙烯为树脂骨架,用氯乙酰化聚苯乙烯(PS-Acyl-Cl)代替传统的氯甲基化聚苯乙烯,并用此原料制备了结构性能不同的离子交换树脂。该PS-Acyl-Cl原料载体具有以下特点:避免了使用氯甲醚及二氯甲醚等有致癌作用的物质;所用的酰化试剂便宜、易得;酰基化基团对苯环有钝化作用,在苯环的亲电取代中不易发生多取代,消除了氯甲基化反应中存在多取代和二次交联的问题;反应条件温和、操作简单、安全、经济。
本文首先用PS-Acyl-Cl代替传统的氯甲基树脂与三甲胺(TMA)反应制得了新型强碱性阴离子交换树脂PS-Acyl-FMA,并研究了该树脂对于Cr(Ⅵ)的吸附性能。结果表明:随着pH的降低,该树脂对Cr(Ⅵ)的吸附量增大,pH=2时有较高的吸附量,约117 mg/g。吸附过程符合Langmuir和Freundlich方程,且为自发放热过程,低温有利于吸附。树脂对于Cr(Ⅵ)的吸附速率较快,35min达到平衡,且动力学研究表明该吸附过程为液膜扩散控制。用5%的NaOH可以将吸附在树脂上的Cr(Ⅵ)解吸,解吸率大于96%,且树脂重复使用性良好。
Cr(Ⅵ)以阴离子形势存在,故根据离子交换原理,弱碱性阴离子交换树脂同样可以对其吸附。因此,本文同样研究了用PS-Acyl-Cl与二乙胺(DEA)反应制得了新型弱碱性阴离子交换树脂PS-Acyl-DEA,同时研究了其对于Cr(Ⅵ)的吸附性能。结果表明:该树脂对Cr(Ⅵ)有较高的吸附量,在25℃约263 mg/g,大于文献中报道的弱碱性离子交换树脂和PS-Acyl-TMA,且吸附过程符合Langmuir和Freundlich方程。随着pH的降低,该树脂对Cr(Ⅵ)的吸附量增大,在pH=2时保持较高的吸附量。该吸附过程为自发且放热过程,且为液膜扩散控制。对柱吸附过程进行了优化,确定6 BV/h为最为经济的流速。洗脱剂浓度为5%的NaOH水溶液,且流速为3 BV/h为最为经济的洗脱条件。
Cr(Ⅲ)与Cr(Ⅵ)一样是一种重要的污染源,但不同的是其以阳离子形式存在。本文首先通过PS-Acyl-Cl与乙二胺(EDA)的反应制得了乙二胺化聚苯乙烯树脂(PS-Acyl-EDA),再通过Michael反应,以PS-Acyl-EDA和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸(AMPS)为原料,N,N-二甲基甲酰胺为溶剂(DMF),碳酸钾为催化剂(K2CO3),四丁基溴化铵(TEAB)为相转移催化剂,制备得到一种新型强酸性阳离子交换树脂PS-Acyl-SO3H。该树脂在pH=5时树脂对Cr(Ⅲ)的吸附量最大。在实验浓度范围内等温吸附过程均符合Langmuir和Freundlich方程,且最大吸附量为18.6208 mg/g。PS-Acyl-SO3H对于Cr(Ⅲ)的吸附在180min达到平衡,且吸附为液膜扩散控制。随着温度的升高,树脂的吸附量略有上升,但总体来讲,在10℃~55℃之间吸附量变化不大。用5%的HCI可以将吸附在树脂上的Cr(Ⅲ)解吸下来,解吸率近100%,且重复5次树脂的吸附量基本保持不变。