磁性PEI功能化汽爆秸秆的制备及吸附性能研究

发布时间：2017-12-29 11:17

  本文关键词：磁性PEI功能化汽爆秸秆的制备及吸附性能研究　出处：《西南交通大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：许多工业生产过程都会产生大量含铅、铬等的重金属废水,这些废水已成为生态环境的重要污染源,并直接或间接地对人类健康造成极大的危害。吸附法工艺设备简单、易操作、成本低廉,是重金属废水处理领域最常用的技术,但传统的吸附法常用的吸附剂为活性炭,其价格昂贵,再生困难。因此,寻找价格低廉的新型生物吸附材料具有重要意义。本论文以汽爆秸秆为基质,采用戊二醛交联剂法制备了磁性聚乙烯亚胺功能化汽爆秸秆(Fe_3O_4-PEI-SERS)吸附剂。通过 SEM、XRD、FT-IR、XPS 和 VSM等手段表征了材料的结构和性质,测定了 Pb(Ⅰ)和Cr(Ⅵ)离子在Fe_3O_4-PEI-SERS上的吸附性能,并探讨了相关的吸附机理。该研究对于以农业秸秆为原料的吸附剂的研制开发和应用具有一定的理论和现实意义。论文的主要研究内容与结论如下:1.磁性PEI功能化汽爆秸秆的制备研究在碱性条件下,以汽爆秸秆为基质,戊二醛为交联剂将聚乙烯亚胺(PEI)接枝到汽爆秸秆上,同时包埋四氧化三铁(Fe_3O_4),进而制备Fe_3O_4-PEI-SERS。研究了各种药剂与秸秆投加量、反应温度和时间等因素对所制吸附材料产率和吸附性能的影响,确定了最优制备条件。研究结果表明:当秸秆投加量为0.15g、PEI(浓度 30%)1.3mL、戊二醛(浓度 2.5%)6mL、氢氧化钠(NaOH)0.2g、四氧化三铁0.04g,反应温度45℃,反应时间3h时,得到的Fe_3O_4-PEI-SERS产率和吸附性能最优。2.磁性PEI功能化汽爆秸秆的表征通过SEM、XRD、FT-IR、XPS和VSM等手段表征了材料的结构和性质。由SEM结果可知,所制吸附剂结构较蓬松,其中交织着大量的汽爆秸秆纤维素,单根纤维素表面有大量附着物;;FT-IR和XPS测试结果表明,戊二醛交联剂法将PEI成功修饰到秸秆表面;XRD分析结果表明制备过程中并未改变Fe_3O_4的晶体结构,Fe_3O_4-PEI-SERS比饱和磁强度为4.88emu/g,在外加磁场的作用下能够有效地实现磁分离。3.磁性PEI功能化汽爆秸秆对重金属Pb(Ⅱ)的吸附研究以Pb(Ⅱ)为吸附质,所制Fe_3O_4-PEI-SERS为吸附剂,考察了 pH、吸附时间、吸附剂投加量、Pb(Ⅱ)初始浓度、温度等因素对Pb(Ⅱ)吸附特性的影响,探讨了相关的吸附机理。研究结果表明:Fe_3O_4-PEI-SERS对Pb(Ⅱ)的吸附具有强烈的pH依赖性;吸附时间对Pb(Ⅱ)的吸附效率有明显的影响,在180 min时吸附达到平衡,吸附过程符合准二级动力学模型;Langmuir和Freundlich模型都能很好地描述Pb(Ⅱ)在磁性PEI功能化汽爆秸秆上的吸附行为,20、30和40℃时最大吸附量分别为192.31、200.00和212.77mg/g;热力学参数AG~00,而△H~00、AS~00,说明该吸附属于熵增加的自发吸热反应过程,升温有利于吸附。重复实验表明,以0.1mol/L的EDTA作解吸剂,连续5次吸附/解吸附循环操作后,吸附剂仍能保持较高的吸附容量。4.磁性PEI功能化汽爆秸秆对Cr(VⅥ)的吸附研究以Cr(Ⅵ)为吸附质,所制Fe_3O_4-PEI-SERS为吸附剂,考察了 pH、吸附时间、吸附剂投加量、Cr(Ⅵ)初始浓度、温度等因素对Cr(Ⅵ)吸附特性的影响,探讨了相关的吸附机理。研究结果表明::Fe_3O_4-PEI-SERS对Cr(Ⅵ)的吸附具有强烈的pH依赖性,当pH=2时,Cr(VⅥ)的去除率达到最大值;吸附时间、Cr(Ⅵ)初始浓度和吸附剂投加量对吸附效率有明显影响,对于200mg/L和300mg/L的Cr(Ⅵ)溶液,吸附平衡时间分别为60min和360min;吸附过程符合准二级动力学模型,说明反应主要由化学吸附控制;相对于Freundlich模型,Langmuir模型能更好地描述Cr(Ⅵ)在Fe_3O_4-PEI-SERS上的吸附行为,25、35和45℃时最大吸附量分别为280.11mg/g、317.46mg/g、338.98mg/g;热力学参数AG~00,而△H~00、△S~00,说明该吸附属于熵增加的自发吸热反应过程,升温有利于吸附。重复实验表明,以0.5mol/L的NaOH作解吸剂,连续5次吸附/解吸附循环操作后,吸附剂仍能保持较高的吸附容量,表明Fe_3O_4-PEI-SERS具有良好的稳定性、再生性和重复利用性。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X703;O647.3

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本文编号：1350058