基于聚乙烯亞胺的鉻酸根離子復(fù)合型吸附材料的制備及其吸附性能的研究.pdf

1、重金屬Cr(VI)是嚴(yán)重致癌物質(zhì)，從工業(yè)廢水中去除Cr(VI)是水環(huán)境治理的一項(xiàng)重要任務(wù)。脫除Cr(VI)有多種方法，其中吸附法是較為有效與簡(jiǎn)捷的方法，而制備高性能的固體吸附材料是吸附法處理含Cr(VI)廢水的關(guān)鍵問(wèn)題。 本研究基于功能大分子聚乙烯亞胺(PEI)，研究制備了三種復(fù)合型的鉻酸根固體吸附材料，并深入研究了它們對(duì)鉻酸根離子的吸附性能與吸附機(jī)理。 首先，通過(guò)Y-氯丙基三甲氧基硅烷(CTMS)的偶聯(lián)，將聚乙烯亞胺(

2、PEI)偶合接枝在硅膠微粒表面，制得了對(duì)鉻酸根有較強(qiáng)吸附作用的接枝微粒材料PEI/SiO2。測(cè)定了PEI/SiO2的紅外光譜，對(duì)其化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征； 采用靜態(tài)法研究了PEI/SiO2對(duì)鉻酸根的吸附性能、各種因素對(duì)吸附性能的影響及脫附性能。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，接枝的聚胺大分子在水介質(zhì)中發(fā)生質(zhì)子化，憑借靜電相互作用，接枝微粒PEI/SiO2對(duì)水溶液中的鉻酸根陰離子可產(chǎn)生較強(qiáng)的吸附作用。等溫吸附滿足Langmuir吸附等溫方程。

3、 介質(zhì)的pH值對(duì)吸附作用有很大的影響，pH值越小，吸附容量越大，在中性及堿性溶液中吸附容量則明顯降低； 溫度對(duì)吸附性能也有影響，升高溫度吸附容量減小；接枝微粒PEI/SiO2表面PEI的接枝度越大，對(duì)鉻酸根離子的吸附容量越高。以濃度為0.1mol/L的NaOH溶液為洗脫劑，吸附在PEI/SiO2表面的鉻酸根陰離子容于易被解吸脫附。 為克服接枝微粒材料PEI/SiO2的吸附性能嚴(yán)重依賴于介質(zhì)pH值的缺點(diǎn)，本研究以環(huán)

4、氧丙烷為試劑，對(duì)接枝PEI的伯、仲胺基實(shí)施了叔胺化反應(yīng)，接著以氯化芐為季銨化試劑，又進(jìn)行了季銨化反應(yīng)，將接枝的PEI轉(zhuǎn)變成了季銨鹽聚電解質(zhì)QPEI，制得了接枝有聚電解質(zhì)的功能復(fù)合微粒QPEI/SiO2。用紅外光譜對(duì)QPEI/SiO2的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，測(cè)定了該微粒的Zeta電位。 采用靜態(tài)法研究了QPEI/SiO2對(duì)鉻酸根的吸附性能.結(jié)果表明，憑借強(qiáng)烈的靜電相互作用，QPEI/SiO2對(duì)鉻酸根陰離子可產(chǎn)生很強(qiáng)的吸附作用，飽和吸

5、附量高達(dá)0.14g/g。等溫吸附滿足Langmuir吸附等溫方程。功能復(fù)合微粒QPEI/SiO2對(duì)鉻酸根陰離子的吸附容量幾乎不再受介質(zhì)pH的影響，影響其吸附性能的主要因素是接枝大分子PEI的季銨化程度，季銨化程度越高，吸附容量越高。 以NaOH與NaCl的混合溶液為洗脫劑，進(jìn)行了動(dòng)態(tài)解吸實(shí)驗(yàn)，當(dāng)流出液為20個(gè)床體積時(shí)，解吸率達(dá)到了97.3％，顯示出良好的脫附性能。 功能復(fù)合微粒QPEI/SiO2以及接枝微粒PEI/SiO

6、2除具有對(duì)鉻酸根離子強(qiáng)吸附作用外，還兼具有無(wú)機(jī)微粒硅膠眾多的優(yōu)異性能，比如，高比表面、良好的機(jī)械性能、熱與化學(xué)穩(wěn)定性以及低成本等。 本研究的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在無(wú)機(jī)微粒表面接枝功能大分子，這是制備高性能固體吸附材料的有發(fā)展前景的良好途徑。 盡管功能復(fù)合微粒QPEI/SiO2對(duì)鉻酸根陰離子具有很強(qiáng)的吸附作用，但缺乏選擇性，為制備對(duì)鉻酸根離子具有選擇吸附性能的固體吸附劑，本研究制備了鉻酸根離子印跡材料。 采用本課題組建立

7、的新型表面分子印跡技術(shù)，以接枝微粒PEI/SiO2為基礎(chǔ)，以鉻酸根離子為模板離子，以乙二醇二縮水甘油醚(EGDE)為交聯(lián)劑，在接枝微粒PEI/SiO2表面實(shí)施了鉻酸根離子印跡，制得了鉻酸根離子印跡材料IIP-PEI/SiO2。以磷酸根與硼酸根為對(duì)比離子，分別采用靜態(tài)與動(dòng)態(tài)兩種方法深入研究了印跡材料IIP-PEI/SiO2對(duì)鉻酸根離子的結(jié)合特性。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，表面印跡材料IIP-PEI/SiO2對(duì)鉻酸根離子具有卓越的結(jié)合親和性與

8、識(shí)別選擇性。相對(duì)于磷酸根與硼酸根，非印跡材料PEI/SiO2對(duì)鉻酸根的選擇性系數(shù)僅為1.39與1.79，顯示對(duì)鉻酸根出非常差的識(shí)別選擇性。 而印跡材料IIP-PEI/SiO2對(duì)鉻酸根的選擇性系數(shù)提高至22.93與26.14，顯示對(duì)鉻酸根卓越的識(shí)別選擇性。 另外，以NaHCO3與NaCl的混合水溶液為洗脫劑，當(dāng)流出液的體積為24BV床體積時(shí)，解吸率達(dá)到98.26％，表明印跡材料IIP-PEI/SiO2具有優(yōu)良洗脫與再生能力