纖維素基吸附材料的放大工藝及其應(yīng)用研究.pdf

1、隨著社會(huì)工業(yè)的飛速發(fā)展，人類對(duì)重金屬的開(kāi)采、冶煉、加工及商業(yè)制造活動(dòng)日趨頻繁，大量重金屬?gòu)U水被肆意排放到自然環(huán)境中，嚴(yán)重危及飲水安全，對(duì)環(huán)境和人體健康造成難以承受之害。因此，如何最大限度降低重金屬的危害并有效回收貴重金屬是當(dāng)今環(huán)境保護(hù)工作亟待解決的問(wèn)題。目前，應(yīng)用于重金屬?gòu)U水治理的方法主要有沉淀法、氧化還原法、離子交換法、溶劑萃取法、電解法等。上述治理方法大部分都存在運(yùn)營(yíng)成本高、操作復(fù)雜和二次污染等問(wèn)題，而吸附法因其成本低、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)

2、點(diǎn)而受到眾多研究者的青睞。尋求一種價(jià)格低廉、制備過(guò)程簡(jiǎn)單、可應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、對(duì)重金屬具有高效吸附性能的環(huán)境友好型吸附材料具有很高的生態(tài)及經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
　　在前期研究的基礎(chǔ)上，本文將廢棄桑樹(shù)枝粉碎直接作為原料，丙烯酸（AA）和丙烯酰胺（AM）為單體，過(guò)硫酸銨（APS）為引發(fā)劑，N,N-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)為交聯(lián)劑，進(jìn)行50倍工藝放大，合成一系列具有多孔結(jié)構(gòu)的纖維素基吸附材料，并將其用于對(duì)水中重金屬離子的分離回收。采用單因素實(shí)驗(yàn)，

3、以吸水倍率為衡量指標(biāo)，優(yōu)化纖維素基吸附材料的放大工藝技術(shù)，調(diào)控其組分、結(jié)構(gòu)和表界面物理、化學(xué)性質(zhì)；為探討纖維素基吸附材料的實(shí)際應(yīng)用潛力，系統(tǒng)研究纖維素基吸附材料組分、以及pH、溫度、時(shí)間、初始重金屬離子濃度等環(huán)境因素對(duì)Cr(Ⅲ)、Cu(Ⅱ)、Co(Ⅱ)三種重金屬離子的吸附效果，建立其吸附動(dòng)力學(xué)及等溫線模型，并考察金屬離子的競(jìng)爭(zhēng)吸附性能與樣品的再生性能。實(shí)驗(yàn)取得研究成果如下：
　　1.纖維素基吸附材料的放大工藝及其性能研究
　

4、　在前期研究的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)纖維素基吸附材料的50倍放大生產(chǎn)，其優(yōu)化工藝條件為：MBP50 g，MBP/AA/AM質(zhì)量比為1.2/3.8/1、反應(yīng)溫度70℃，引發(fā)劑4.0 g，交聯(lián)劑1.5 g。所合成得到的纖維素基吸附材料在45℃環(huán)境下對(duì)去離子水、自來(lái)水、0.9 wt％NaCl溶液的吸水容量分別為655.9 g/g、247.4 g/g、63.1 g/g；樣品在去離子水中的吸附過(guò)程符合偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，屬于化學(xué)吸附。樣品經(jīng)8次吸水-干燥-吸

5、水循環(huán)溶脹后吸水倍率仍能達(dá)到第一次的83％，說(shuō)明樣品具有優(yōu)異的重復(fù)吸水性能；樣品在25℃、40℃條件下12小時(shí)后的保水率分別達(dá)90.5％、63.7％，當(dāng)壓強(qiáng)為30 Kpa時(shí)，保水能力為80％左右，說(shuō)明樣品具有良好的保水能力；采用土壤浸提液測(cè)定其降解性能發(fā)現(xiàn)，經(jīng)90天降解后，MBP-g-P(AA-co-AM)的降解率能達(dá)到53％，遠(yuǎn)高于P(AA-co-AM)對(duì)照樣14％的降解率，說(shuō)明前者的降解性能遠(yuǎn)優(yōu)于后者，是一種可生物降解的環(huán)境友好型吸

6、附材料。
　　2.纖維素基吸附材料對(duì)重金屬離子的吸附行為研究
　　通過(guò)考察樣品用量、離子溶液初始濃度、PH、溫度等因素對(duì)吸附性能的影響，探究金屬離子的競(jìng)爭(zhēng)吸附行為及材料的循環(huán)再利用性能可得出結(jié)論。隨著溶液pH的增大，樣品對(duì)金屬離子的吸附量也隨之增加，主要是pH增大時(shí)，降低了靜電斥力的作用。體系的溫度對(duì)金屬離子的吸附量沒(méi)有明顯影響，說(shuō)明樣品對(duì)氣溫具有普適性；樣品對(duì)重金屬的吸附量隨著時(shí)間的增加而逐漸增加，隨后Cr(Ⅲ)、Cu(Ⅱ

7、)、Co(Ⅱ)基本都能在14h時(shí)達(dá)到平衡，在同等條件下樣品對(duì)三種金屬離子吸附量的大小為：Cu(Ⅱ)＞Cr(Ⅲ)＞Co(Ⅱ)。金屬離子吸附過(guò)程符合偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，說(shuō)明樣品對(duì)金屬離子的吸附屬于化學(xué)吸附；樣品對(duì)金屬離子的吸附量隨著金屬離子初始濃度的升高而升高最終達(dá)到吸附平衡，吸附等溫線符合Langmuir方程、說(shuō)明吸附材料表面均一、各處吸附能相同、屬于單分子層吸附；金屬離子競(jìng)爭(zhēng)吸附實(shí)驗(yàn)表明三種金屬離子的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)先性為Cr(Ⅲ)＞Cu(Ⅱ)＞C

8、o(Ⅱ)。銅離子與鈷離子在較低的鹽酸濃度下就能從樣品內(nèi)部高效的洗脫至解吸液中，且銅離子的解吸速率高于鈷離子。樣品在銅離子溶液中經(jīng)過(guò)6次吸附-解吸附循環(huán)后仍能保持最初吸附量的81.2％，說(shuō)明樣品具有理想的再生性能。
　　本文在前期研究的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)纖維素基吸附材料的50倍放大生產(chǎn)，對(duì)后續(xù)工業(yè)生產(chǎn)具有現(xiàn)實(shí)參考價(jià)值。以農(nóng)業(yè)廢棄資源為原料生產(chǎn)環(huán)境友好型吸附材料，并應(yīng)成功應(yīng)用于水溶液中的重金屬離子去除，將水污染控制中的重金屬離子治理與資源節(jié)