纳米羟基铁改性阳离子树脂的制备及其对重金属的吸附性能

发布时间：2020-06-30 07:51

【摘要】：树脂材料因具有结构稳定、孔道发达和可重复利用的特点被广泛应用到饮用水去除重金属的处理,但需要强酸或强碱再生而影响出水水质且难以同步去除水中的重金属离子,因此,在本研究工作中,采用乙醇分散浸渍法对大孔强酸性阳离子树脂(D001)进行改性,制备纳米羟基铁改性阳离子树脂复合材料(nFeOOH@D001),并通过Cr(VI)、Cd(II)静态吸附和淋柱穿透实验,考察改性树脂对重金属的吸附性能、吸附机理及动态吸附效果。X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)表征结果及吸附结果表明,Fe OOH以20~150 nm的粒径均匀分布在D001表面。nFeOOH@D001能够同步去除水中Cr(VI)和Cd(II),且比D001具有更好的吸附性能。其吸附Cr(VI)和Cd(II)的最大吸附量分别为7.43 mg/g和282 mg/g,比D001提高了8倍和10%。吸附过程符合Langmuir吸附模型和准二级动力学,是一个单层吸附和表面化学控制的反应过程。nFeOOH@D001对Cr(VI)的吸附以Fe-O配位络合为主,对Cd(II)的吸附则由-SO_3H、Fe-OH离子交换以及Fe-O配位络合共同作用。nFeOOH@D001具有更强的抗钙镁离子干扰能力,当共存Ca~(2+)和Mg~(2+)浓度分别为0.6 mmol/L时,nFeOOH@D001对Cd(II)的去除率比D001分别高出22%和25%。吸附后的nFeOOH@D001可用乙酸脱附,其对吸附Cr(VI)和Cd(II)的再生率分别达到93%和77%,而D001需要盐酸才能获得较好的脱附效果。失效后的nFeOOH@D001可用1 mol/L HCl洗脱并重新负载nFeOOH,对吸附Cr(VI)和Cd(II)的再生率高达98%和86%。在动态吸附实验中,当渗流速度为2.4 m/h,进水Cr(VI)和Cd(II)浓度为1 mg/L时,nFeOOH@D001反应柱对Cr(VI)和Cd(II)的去除能力分别为8.5和140 mg/g,比D001反应柱分别提高了314倍和39%,运行寿命提高了270倍和13%。当渗流速度升高,nFeOOH@D001反应柱对Cr(VI)和Cd(II)的去除能力和使用寿命有所下降,但当进水重金属浓度介于0.1~1 mg/L时,反应柱去除Cr(VI)和Cd(II)能力随浓度升高而增大,此后趋于稳定。改性树脂更能适应渗流速度和浓度负荷的变化。该改性方法在提高D001树脂吸附Cd(II)性能的同时,赋予树脂吸附阴离子重金属Cr(VI)的新效能,增强树脂抗钙镁离子干扰能力、脱附和再生能力并延长其使用寿命,使nFeOOH@D001有望成为一种简便的吸附材料应用于村镇小规模化饮用水处理中。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU991.2
【图文】：

谱图,改性树脂,解吸量,溶出量

第二章改性树脂的制备及其对 Cr(VI)和 Cd(II)的吸附性能附率（D, %）及铁离子溶出率（L, %）计算如式（2-3）和属离子的解吸量) / (重金属离子的吸附量) × 100% 溶出量) / (铁的负载量) × 100% 讨论析前后的 XRD 谱图如图 2-1 所示。从图中可以看出，D001 没FeOOH@D001 在 2θ为 21o、33o、36o、53o、59o和 61o处则出应 FeOOH[105]，表明改性树脂中含有 FeOOH 矿物。

SEM图,表面,D001树脂,粒径

图 2-1 改性前后树脂的 XRD 图Fig. 2-1 The XRD patterns of the resin before and after modification图2-2 给出D001树脂改性前后及吸附后表面的形貌变化。如图所示，改性前的 D001表面光滑；改性后，FeOOH 以 20~150 nm 的粒径均匀分布在 D001 的表面，树脂的表面也变得粗糙且凹凸不平（图 2-2 b）。吸附 Cr(VI)和 Cd(II)后，树脂表面的 FeOOH 粒径上升至 50~200 nm（图 2-2 c、e）。EDS 扫描图像显示，Cr(VI)和 Cd(II)被均匀吸附在nFeOOH@D001 的表面（图 2-2 d、f），由此推测，改性树脂表面变得粗糙是无由定型nFeOOH 形成的致密铁氧化物膜覆盖于 D001 表面所致。

【参考文献】