新型螯合吸附剂的制备及其对重金属微污染废水的净化处理研究

发布时间：2020-05-27 18:34

【摘要】：水体重金属污染所引起的环境问题已严重危及社会经济的可持续发展与民众身体健康,其处理技术研究受到了国内外学者的广泛关注。吸附法是一种常用的重金属离子污染物处理技术之一,因其吸附材料价廉易得、不需要复杂装置和添加额外化学物质等特点而被越来越多地应用。因此,寻求各种具有特殊或优异性能如具有特殊选择性、重复利用率高、成本低廉、制备简单和去除效率高的吸附剂,是该领域最引人注目的研究热点之一。本学位论文综述了水环境中重金属污染的危害与处理技术的国内外研究进展,探讨了不同形态重金属离子在污染水体中的分布以及其与吸附剂之间的结合机理。同时,基于固相吸附剂和液相提取剂的优点,设计并合成了一系列环境友好、造价经济、去除效率高的新型球状固相吸附剂材料,并借助红外光谱、扫描电镜等方法对所得各种吸附剂进行了表征研究；利用批实验和／或柱实验方法进行了所得吸附剂对水体中金属离子吸附实验,考察了各种影响因素如温度、溶液pH值、金属离子初始浓度、接触时间、竞争离子和离子强度等对吸附剂性能的影响,并应用各种动力学、吸附等温线和热力学模型对实验数据进行了拟合和讨论。本学位论文的主要结果如下： 1.合成双极性聚苯乙烯-EDTA(PS-EDTA)螯合树脂,通过批实验和柱实验研究了PS-EDTA对微污染水溶液中锌离子的去除性能。PS-EDTA树脂在pH6.0下达到最大吸附容量,57.8 mg/g。动力学研究发现PS-EDTA树脂在最初15min吸附锌离子非常快,在大约20 min后达到平衡,锌离子吸附的动力学数据比较符合准二级动力学模型,表明控制吸附速率过程可能是化学吸附。同时用很多种等温模型检验了平衡吸附数据,结果发现Tempkin和Freundlich模型能更好地拟合实验数据。在柱实验中,PS-EDTA树脂对锌离子的吸附较符合Yan模型。 2.制备大孔网状聚乙烯醇小球(MR-PVA),用批实验法研究了MR-PVA小球对水溶液中Pb(Ⅱ)的吸附和解吸。结果发现MR-PVA小球与很多其他廉价和商业化的吸附剂相比,可以更好地选择性去除微污染废水中的Pb (Ⅱ)。MR-PVA小球对Pb(Ⅱ)的最大吸附容量是213.89 mg/g、最佳溶液pH值为6.0。动力学研究表明,在最初30分钟内,MR-PVA小球对铅离子的吸附较快、在大约2小时左右达到平衡,平衡数据比较符合'Tempkin和Langmuir等温线模型。同时,,MR-PVA小球的吸附动力学可以用准二级动力学来解释。虽然其它离子的存在,如Zn2+, Cu2+, Na+和Cl,对Pb(Ⅱ)的吸附有一定的影响,但是MR-PVA小球表现出从多元金属离子溶液中对Pb(Ⅱ)具有良好的选择性吸附性能。 3.合成了包含大量功能团如羟基,羧基和氨基的新型PVA/EDTA树脂复合小球,研究了其去除水溶液中Zn(Ⅱ)的性能。吸附等温线研究得出PVA/EDTA树脂复合小球对Zn(Ⅱ)的吸附容量要大于其它生物吸附剂的吸附容量。对于所有的实验体系,化学反应似乎是速率控制过程,并且准二级化学反应动力学表现出对实验数据的最好相关性。同时,PVA/EDTA树脂复合小球可以有效地再生(95%)。这些结果使得这种相对廉价的PVA/EDTA树脂复合小球可以有效地去除低浓度的含锌废水(40 mg/L)并且可以实现重复使用。 4.应用PVA包膜离子液体[A336][MTBA]制备了[A336][MTBA]/PVA微囊小球(PVA/IL),并考察了其对水中Hg(Ⅱ)的去除性能。结果表明,这种“绿色”提取剂,[A336][MTBA]可以用包囊法固定在PVA凝胶小球上,并且制备出的新型固相吸附剂可以去除废水中99%以上的汞离子(废水浓度低于50ppm)。pH5.8和吸附剂用量1g L-1是批实验下的最佳操作条件。18小时后几乎所有的Hg(Ⅱ)被去除,达到最大吸附容量49.89mg/g。同时发现准二级化学反应动力学可以最好地拟合实验数据。而且竞争实验表明即使在较高浓度的Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的共同存在下,PVA/IL小球也能保持很高的Hg(Ⅱ)去除效率。
【图文】：

浓度图,反应常数,化合物,不稳定

中的反应常数。如果海水中自由配位体浓度为:〔OH一]一 2.0x10一 6M;[CqZ一]-6.3xzo一，，M:[Br]=7.9xlo一M;[5042)一z.3xlo一ZM;〔el一卜 0.56M.计算出来随氯离子浓度变化的不稳定汞(n)化合物的浓度如图1.2所示。不难发现海水中不稳定汞(II)化合物在高氯离子浓度下的主要成分是Hgcl42一 (0.56M)。Hg(oH)+，HgSO;和HgCO3的反应常数估值表明海水中没有这些化合物生成。 36Tesseee一一一一一一一一一一一一H酥上:伪‘48朽J，﨑2地B尤1 2JI206，古斑匆随赵8{二二告互知一4七一一一一一一-H多溉H皇B￡C赴H夕二一地(O玛旦O‘片兹架皇兰三二二千‘一-一一- 00.250.5PCI图1.2计算出的海水中汞(11)不同种的分布(假设约自[18]0.7560%的汞(11)以eH3Hgel形式存在)摘

吸附机理,吸附剂,高效吸附剂,巨口

影响、吸附机理及高效吸附剂的开发等方面。吸附剂对重金属离子的吸附不仅取决于吸附剂本身的组成、性质及吸附质的化学性质、存在形态等，同时受水体环境中多种因子的制约。图1.3说明了常用吸附剂的吸附机理。表表自吸附附附扩散散散散散散散散散散奕奕召召召④ ④ ④ 运输输巨巨巨巨二〕三二巨口口口.)而砚砚④④④④④④④④ ④④④④④④④④④④④ ④④① ①④④④④④④④④ ④ ④。。④ ④ ④ ④沉沉淀淀淀.④一co。探2一oH，一④ ④④④ ④④④(巫 )))))))))CONHZ，一SH，一OCH，，，，厂厂厂甲甲甲甲甲厂厂厂厂「「「「离离子乡弓英英英络台与鳌台台台台台台台台台台丁丁丁丁甲
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X703

【参考文献】