腐植酸分离溶液中铁铝的实验研究

发布时间：2017-12-19 12:22

  本文关键词：腐植酸分离溶液中铁铝的实验研究　出处：《昆明理工大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：腐植酸是一种天然的高分子螯合材料。它不仅具有纤维素状的网络多孔性结构,而且还含有较多的极性官能团,如羧基、酚羟基、醇羟基、醌基、烯醇基等。对于金属离子而言,腐植酸能显示出酸性、离子交换性、络合螯合性等。这是因为腐植酸分子内的各种羧基、羟基、酚基、脂肪族等可以和金属离子或者金属氧化物形成配合物,从而可以实现对金属离子的吸附作用。目前,国内铁铝分离的方法主要有物理法和化学法。物理法的工艺流程简单,成本较低,但是它只适用于结构简单的铁铝嵌体,适用范围很有限。在化学法中,树脂分离法的效果较好。然而这些树脂需要人工合成,不同的树脂的合成条件不同,有的合成条件甚至不容易控制。与此同时,大量的研究表明：不同的金属具有不同的性质,腐植酸对不同金属离子的吸附量会有所不同。因此,开展天然的腐植酸螯合材料在这方面的应用具有一定的价值。本文尝试将腐植酸应用于铁铝分离的实验中,探究腐植酸对铁铝的分离性能。本研究重点开展褐煤腐植酸对铁铝离子的分离性能,并将之与人工合成的水杨酸螯合树脂的分离性能进行比较。具体开展的研究内容如下：(1)制备腐植酸和水杨酸型螯合树脂。利用碱溶酸析的方法,从褐煤中提取腐植酸,并用FTIR分析方法对其进行了检测。利用氯甲基化的交联聚苯乙烯和5-氨基水杨酸(ASA)发生亲核取代反应,制备了水杨酸型螯合树脂,并用FTIR分析方法对其进行了检测。(2)腐植酸对铁铝分离性实验。首先由铁铝单离子的吸附实验,探索腐植酸对铁铝离子的吸附可行性。然后,在溶液pH和吸附温度变化及吸附时间不变的条件下,做腐植酸吸附铁铝混合离子实验,可得不同条件下被腐植酸吸附的铝铁质量。由实验数据可知：在单离子吸附试验中,腐植酸对铁、铝的最大吸附量分别为：0.79mg/g、1.57 mg/g;在混合离子吸附试验中,对铁、铝离子的最大吸附量分别为：0.69mg、1.19 mg/g。在溶液pH为0.5、吸附时间为1h及吸附温度为308K的条件下,铝铁的最大分离比可达3.08。(3)腐植酸与水杨酸螯合树脂铁铝分离实验的对比。采用上述两种吸附剂分别对单一金属离子的溶液和铁铝混合离子的溶液进行吸附实验,从而得到两种吸附剂对铁铝单离子的吸附效果和对铁铝混合离子的分离能力。在单离子实验中,水杨酸螯合树脂的吸附效果较好。在铁铝分离的实验中,腐植酸的分离性较好。水杨酸螯合螯合树脂对铁铝的分离比最高可达1.16,腐植酸对铁铝的分离比最高可达3.08。(4)腐植酸铁铝分离工艺条件的优化。通过响应曲面法对腐植酸分离铁铝工艺条件进行优化,可得知：pH对两种离子吸附的效果影响比较大。腐植酸分离铁铝离子的较优工艺条件是：溶液pH为0.5,吸附时间为0.5h,吸附温度为338K,此时得到腐植酸吸附铁的质量为0.5035mg/g,吸附铝的质量为2.0991mg/g。此工艺条件中吸附铁量较小,吸附铝量较大,可使分离比达到4.17。(5)腐植酸的铁铝分离性能理论分析。由腐植酸对铁铝离子吸附等温实验,分别绘制腐植酸吸附铁铝离子的等温吸附线,得到相关实验数据。然后分别用Langmuir模型和Freundlich模型对实验数据进行拟合,从而判断腐植酸对铁铝离了的吸附更适合于Langmuir吸附模型。最后,由吸附模型的方程式及热力学方程式,进行计算,得到腐植酸吸附铁铝离子的焓值、熵值及吉布斯自由能,进而对其进行热力学理论分析。分析结果表明：腐植酸对铁离子的吸附属于自发吸热的过程,对铝离子的吸附属于自发放热的过程。推测到腐植酸对铁铝的吸附过程是物理吸附和化学吸附共存的复杂吸附过程。(6)产品的表征。采用FTIR、SEM-EDS及ICP对吸附材料进行了表征,考察了吸附材料中金属离子含量的变化,进而分析吸附材料吸附铁铝金属离子的情况。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O636.9;TQ028

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本文编号：1307960