双硫腙接枝聚氨酯泡塑的制备及其吸附水中镉、汞、铅性能与机理研究

发布时间：2018-04-22 05:15

本文选题：聚氨酯泡沫塑料 + 双硫腙　；参考：《长安大学》2015年硕士论文

【摘要】：镉、汞、铅是环境中具有强烈生理毒性的重金属元素,其毒性大、难降解并易在农作物内富集从而对动物和人类健康造成危害。镉、汞、铅在水体中常以离子(Cd2+,Hg2+,Pb2+)或胶体等形态存在,经工业废水排放及化学燃料的燃烧等形式使周边水质受到重金属污染,严重危害动植物生存环境。目前,镉、汞、铅污染废水处理方法可概括为生物、物理、化学三大类,但现有方法对痕量镉、汞、铅污水,尤其是饮用水,难以做到深度去除、成本低廉、无二次污染等。本研究致力于针对镉、汞、铅处理开发一种经济、高效、环保的新型吸附材料,并运用多种表征手段和测试方法对其物化性能及其吸附性能与机理进行探讨研究。本文的研究思路、理论依据及主要研究内容要点为:(1)聚氨酯泡沫塑料(PU)具有成本低廉、性能稳定、环保、易与水体分离等优点,双硫腙分子(H2D2)具有对Cd2+,Hg2+,Pb2+离子的螯合配位特性。本文以聚氨酯泡沫塑料为骨架,利用其分子链单元结构中含有的NH-活性中心,根据Mannich反应原理接枝螯合吸附基团双硫腙,合成了一类新型吸附材料,并分别考察合成制备过程中溶液p H,时间,物料比以及温度因素对双硫腙接枝率的影响,获得了最佳合成条件,对接枝前后的聚氨酯泡沫塑料样品红外光谱图进行比较分析,结果表明双硫腙成功接枝到聚氨酯骨架上,由此得到了合成工艺简单且双硫腙接枝率高达96.51%的螯合泡塑吸附材料。(2)对螯合泡塑(grafted PU)静态吸附水体中Cd2+,Hg2+,Pb2+性能和机理进行研究,通过单因素(溶液p H,接枝时间,物料比、温度及共存离子)实验,获得静态吸附过程的最佳性能参数。结果表明,螯合泡塑吸附材料对Cd2+,Hg2+,Pb2+具有明显的吸附作用,在最佳吸附条件下,5mg/L含Cd2+废水、8mg/L含Hg2+废水、5mg/L含Pb2+废水经一次吸附后去除率分别达到99.95%、99.99%、99.96%,溶液中Cd2+、Hg2+、Pb2+含量分别降为0.0025mg/L、0.0008mg/L、0.002mg/L,均低于WHO饮水标准中规定的重金属离子排放限值,远低于排放要求。常见离子对吸附过程的影响可忽略不计。本文探讨了酸洗法对负载三种离子的螯合泡塑的静态洗脱性能,表明负载Cd2+、Pb2+的螯合泡塑洗脱效果良好,洗脱率达到98%以上,但二次吸附效果不如首次吸附。Hg2+的螯合泡塑洗脱效果不太理想,有待于进一步地研究。(3)采用吸附柱法,考察了动态吸附、洗脱条件与性能。结果表明相同条件下,三种重金属离子的动态饱和吸附量较接近于静态饱和吸附量,同时动态洗脱峰较集中,脱附率较高。(4)利用FT-IR和EDS对吸附前后螯合泡塑进行了表征,表明Cd2+,Hg2+,Pb2+成功固载在螯合泡塑吸附材料上。利用Langmuir,Freundlich等温吸附模型对吸附结果进行拟合,表明吸附过程更好地符合Langmuir模型,说明该过程属于Langmuir单分子层吸附机理。吸附动力学研究表明二级反应动力学能更好地描述整个吸附过程及离子间的扩散是主要控速步骤。计算了吸附过程的活化能,表示该过程为螯合吸附。另外,热力学研究表明螯合泡塑吸附材料对Cd2+,Pb2+的吸附属于自发、熵减的放热过程,对于Hg2+的吸附属于自发、熵增的吸热过程。(5)利用实验所得参数,初步设计和计算了螯合泡塑处理重金属离子工业废水的工艺参数和条件,证实了此工艺的实际可行性。本文合成的新型重金属离子吸附材料尚未见报道,其具备低成本、环保、高效等优点,合成工艺简单,绿色环保,对水体中Cd2+,Hg2+,Pb2+表现出显著的吸附性能。实验得到的最佳吸附条件比较接近大多数工业废水化学环境,且重金属离子与吸附材料结合稳定,不易脱附,不会对环境造成二次污染,可以较好地实现被污水体净化目的,有望应用到实际中。本文将低成本的聚氨酯泡沫塑料进行结构改性,使其具备螯合吸附重金属离子能力,为合成其它以聚氨酯泡沫塑料为骨架的复合新型材料在废水处理领域的研究应用提供了新思路。
[Abstract]:Cadmium , mercury and lead are the heavy metal elements which have strong physiological toxicity in the environment . It is highly toxic and difficult to degrade and is easy to be enriched in crops . It has the advantages of low cost , stable performance , environmental protection , easy separation of Cd , Hg and Pb . The effects of time , material ratio and temperature on the grafting rate of dithizone were studied . The results showed that the adsorption of Cd ~ ( 2 + ) , Hg ~ ( 2 + ) and Pb ~ ( 2 + ) in the water was 99.95 % , 99.99 % and 99.96 % , respectively . The results showed that the adsorption of Cd ~ ( 2 + ) , Hg ~ ( 2 + ) and Pb ~ ( 2 + ) in the solution was 99.95 % , 99.99 % and 99.96 % respectively . ( 3 ) The adsorption column method was used to study the dynamic adsorption , elution conditions and performance . The results showed that the adsorption of Cd ~ ( 2 + ) , Hg ~ ( 2 + ) and Pb ~ ( 2 + ) was the main controlling step .

【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ424;X703

【相似文献】