改性丙纶的吸附与电去离子技术处理铜离子废水研究

发布时间：2020-09-11 15:27

　　电镀废水是现今的一种主要工业污染。功能性高分子材料吸附技术是去除水中的高浓度重金属离子是最简单有效的方法,同时对其进行电化学解吸还能有效回收金属离子。电渗析(ED)和离子交换技术结合起来,连续去除低浓度重金属离子的方法被称为电去离子技术(EDI),它不造成二次污染,具有广泛应用前景。本论文用实验室自制接枝聚丙烯非织造布吸附处理高浓度铜离子废水,然后利用EDI技术处理低浓度铜离子废水,充分发挥两种技术各自优点,具有一定实用价值。首先,制备了苯乙烯与丙烯酸共同接枝和浓硫酸磺化改性聚丙烯非织造布(PP-g-(SPS-co-PAA));其次,探讨了接枝磺化改性聚丙烯非织造布对模拟铜离子电镀废水吸附性与电化学解吸的重复利用性,其中,重点研究了电化学吸附与电化学解吸的影响因素,并利用扫描电镜、红外光谱、热分析等方法表征了改性前后的聚丙烯非织造布、离子交换膜和离子交换树脂的结构与性能;最后,基于淡水室和浓水室的电导率、p H、铜离子浓度和膜堆电流等,对比了吸附法-电去离子技术(AS-EDI)和电渗析法-电去离子技术(ED-EDI)两种运行模式的对于低浓度铜离子废水的处理效果。结论如下所示:(1)单纯接枝的PS分布在PP纤维的表面,PS与PAA共聚接枝物均匀覆盖在PP非织造布表面且倾向于渗透进非织造布的内部。丙烯酸共聚接枝有效地改善了聚苯乙烯的磺化作用。油性交联剂的加入使非织造布变得柔软,但接枝物易剥落,接枝率显著下降。(2)PP-g-(SPS-co-PAA)非织造布10次吸附率都在88%以上,吸附量也维持在140mg/g以上,10次重复性的电化学解吸试验证实了离子交换非织造布的重复利用性。(3)通电吸附时,阳离子交换膜在吸附铜离子的同时还释放出单价阳离子如钠离子或者氢离子,故电流会增加,阴阳极表面形成的氢气和氧气致使短期电流下降;通电解吸时,离子交换非织造布表面铜离子解吸的同时还会吸附单价阳离子或者氢离子,但铜离子导电性低于氢离子或者钠离子,通常电解吸电流趋于减小。(4)随着阴阳极板间距离增大,电解电流明显降低。由于阴阳极表面气体释放(氢气与氧气),对电流的扰动大。两极板间距离越近,电解电流扰动程度越大。氢气与氧气气泡使电流下降。(5)接枝改性非织造布随着丙烯酸含量增加,吸附率、解吸率和电流效率均明显增大。单体比例3:3时生成黑色沉淀物明显多于前两者。Cu SO4作为解吸溶液是较好的选择,较理想的电化学解吸电压为20V。(6)99块PP-g-(SPS-co-PAA)接枝非织造布吸附1000mg/L Cu2+的硫酸铜溶液,过滤后的Cu2+浓度为84.8mg/L,去除率为91.52%。电渗析装置运行50h后淡水室的Cu2+平均浓度为102mg/L,平均去除率达到89.8%。吸附法在高浓度铜离子去除率上要优于电渗析法。(7)AS-EDI模式运行时树脂工作区域增大,剥落接枝物增大了吸附量,提高了铜离子去除率。ED-EDI模式淡水室二中失效区域更大,树脂老化更严重。AS-EDI模式处理重金属废水更优异。本文特色与创新之处:(1)本文特色之处在于:同时对电化学吸附与电化学解吸过程进行详细研究,这为快速处理高浓度重金属离子废水提供理论与技术支撑;分别利用AS-EDI与ED-EDI处理模拟铜离子废水,发现AS-EDI铜离子去除效果更好。(2)本文创新之处在于:对聚丙烯非织造布采用双单体接枝和进一步磺化改性的方法,解决了单纯接枝苯乙烯磺化程度低的根本缺陷;从接枝非织造布制备到吸附处理高浓度重金属离子废水,最后再用电去离子技术处理低浓度金属离子废水,形成一套方便可行的高浓度高价金属离子废水的处理技术。
【学位单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TS176;X781.1
【部分图文】：

示意图,电化学吸附,原理,示意图

图 1-1 电化学吸附原理示意图用金属离子和除盐代开始，电吸附逐渐用于除去水中的重金属等性能更好的吸附剂面世后，去除效果更进法，不使用强酸或强碱，避免了吸附剂再生馏法所需能耗较小。电吸附的装置还比电渗成本高的渗透膜。因此电吸附法去除水中的优越性。以炭纳米纤维作为电极，当铅浓度6]。通常电镀废水中有很多硫氰酸盐和乙基在炭电极表面实现某种分解，较长时间的预，但乙基磺酸盐存在时，硫氰酸盐不易被吸吸附法在除去水中的重金属离子和除盐等深

均匀分布,聚丙烯非织造布,溶液接枝,非织造布

（d）PP-g-（PS-co-PAA）in the presence of crosslinker 2-1 纯聚丙烯非织造布与三种不同溶液接枝后非织造布的扫描电镜图与实 2-1 所示，（a）为纯聚丙烯非织造布的扫描电镜与实物图。（b）聚丙烯非织造布，其中 PS 较均匀分布在 PP 纤维的表面；（c）为单:2 接枝后的非织造布表面；（d）为单体比例为 St:AA=3:2 和油性交非织造布表面。从外貌变化上看，（b）中 PS 使 PP 表面附着米黄块状结点；（c）中 PS 与 PAA 使 PP 呈现半透明状，接枝均匀度高体较硬；（d）中 PS、PAA 与油性交联剂使 PP 表面呈现乳白色，枝不均匀，接枝呈现块状，但非织造布柔软度明显提高。观结构的角度，（b）中 PS 少量的分布在 PP 纤维的表面，接枝物成团块状，样品抽真空镀金后未见任何“裂痕”，这也间接意味着只枝非织造布未能磺化，也就是说，没有丙烯酸共聚，在本文选择的乙烯时无法磺化。（c）中 PS 与 PAA 均匀的覆盖在 PP 上，接枝率

红外光谱图,聚丙烯非织造布,磺化,接枝

图 2-2 接枝磺化改性前后的聚丙烯非织造布红外光谱图2 为 PP 与三种接枝磺化改性后聚丙烯非织造布的红外光谱图。由见，四种非织造布均在 1461cm-1附近出现 -CH2- 结构的伸缩振后的聚丙烯非织造布在 3030cm-1附近出现苯环的 C-H 键伸缩振动0cm-1范围内和 700 cm-1处出现单取代苯环的特征性吸收峰，可见到聚丙烯非织造布表面，同时未见的磺化基团的吸收峰。当 St 和纤维表面后，两种 PP-g-（SPS-co-PAA）均在 1550 和 1403 cm-1不对称与对称伸缩振动峰，另外 2200cm-1和 3150 cm-1吸收峰也。在 1311-1066 cm-1出现数个较弱的吸收峰，这与接枝聚苯乙烯磺同时，在 3496cm-1处产生的伸缩振动吸收峰对应于磺酸根基团的乙烯和丙烯酸双单体已成功接枝到聚丙烯非织造布上，磺酸基团已了 PS 的磺化，而且丙烯酸共聚接枝有效地改善了聚苯乙烯的磺化烯酸与苯乙烯共聚时，形成了类似梯度共聚物[73]，聚丙烯酸组分间

【参考文献】