雙硫腙接枝聚氨酯泡塑的制備及其吸附水中鎘、汞、鉛性能與機理研究.pdf

1、鎘、汞、鉛是環(huán)境中具有強烈生理毒性的重金屬元素，其毒性大、難降解并易在農(nóng)作物內(nèi)富集從而對動物和人類健康造成危害。鎘、汞、鉛在水體中常以離子（Cd2+,Hg2+,Pb2+）或膠體等形態(tài)存在，經(jīng)工業(yè)廢水排放及化學(xué)燃料的燃燒等形式使周邊水質(zhì)受到重金屬污染，嚴重危害動植物生存環(huán)境。目前，鎘、汞、鉛污染廢水處理方法可概括為生物、物理、化學(xué)三大類，但現(xiàn)有方法對痕量鎘、汞、鉛污水，尤其是飲用水，難以做到深度去除、成本低廉、無二次污染等。本研究致力于針

2、對鎘、汞、鉛處理開發(fā)一種經(jīng)濟、高效、環(huán)保的新型吸附材料，并運用多種表征手段和測試方法對其物化性能及其吸附性能與機理進行探討研究。
　　本文的研究思路、理論依據(jù)及主要研究內(nèi)容要點為:
　　(1)聚氨酯泡沫塑料(P U)具有成本低廉、性能穩(wěn)定、環(huán)保、易與水體分離等優(yōu)點，雙硫腙分子(H2D2)具有對 Cd2+,Hg2+,Pb2+離子的螯合配位特性。本文以聚氨酯泡沫塑料為骨架，利用其分子鏈單元結(jié)構(gòu)中含有的NH-活性中心，根據(jù)Mann

3、ich反應(yīng)原理接枝螯合吸附基團雙硫腙，合成了一類新型吸附材料，并分別考察合成制備過程中溶液pH，時間，物料比以及溫度因素對雙硫腙接枝率的影響，獲得了最佳合成條件，對接枝前后的聚氨酯泡沫塑料樣品紅外光譜圖進行比較分析，結(jié)果表明雙硫腙成功接枝到聚氨酯骨架上，由此得到了合成工藝簡單且雙硫腙接枝率高達96.51％的螯合泡塑吸附材料。
　　(2)對螯合泡塑(grafted PU)靜態(tài)吸附水體中Cd2+,Hg2+,Pb2+性能和機理進行研究，

4、通過單因素（溶液 pH，接枝時間，物料比、溫度及共存離子）實驗，獲得靜態(tài)吸附過程的最佳性能參數(shù)。結(jié)果表明，螯合泡塑吸附材料對 Cd2+,Hg2+,Pb2+具有明顯的吸附作用，在最佳吸附條件下，5mg/L含Cd2+廢水、8mg/L含Hg2+廢水、5mg/L含Pb2+廢水經(jīng)一次吸附后去除率分別達到99.95％、99.99％、99.96％，溶液中 Cd2+、Hg2+、Pb2+含量分別降為0.0025mg/L、0.0008 mg/L、0.002

5、 mg/L，均低于WHO飲水標準中規(guī)定的重金屬離子排放限值，遠低于排放要求。常見離子對吸附過程的影響可忽略不計。本文探討了酸洗法對負載三種離子的螯合泡塑的靜態(tài)洗脫性能，表明負載Cd2+、Pb2+的螯合泡塑洗脫效果良好，洗脫率達到98％以上，但二次吸附效果不如首次吸附。Hg2+的螯合泡塑洗脫效果不太理想，有待于進一步地研究。
　　(3)采用吸附柱法，考察了動態(tài)吸附、洗脫條件與性能。結(jié)果表明相同條件下，三種重金屬離子的動態(tài)飽和吸附量較

6、接近于靜態(tài)飽和吸附量，同時動態(tài)洗脫峰較集中，脫附率較高。
　　(4)利用FT-IR和EDS對吸附前后螯合泡塑進行了表征，表明Cd2+,Hg2+,Pb2+成功固載在螯合泡塑吸附材料上。利用La ngmuir，F(xiàn)re und lic h等溫吸附模型對吸附結(jié)果進行擬合，表明吸附過程更好地符合La ngmuir模型，說明該過程屬于La ngmuir單分子層吸附機理。吸附動力學(xué)研究表明二級反應(yīng)動力學(xué)能更好地描述整個吸附過程及離子間的擴散是主

7、要控速步驟。計算了吸附過程的活化能，表示該過程為螯合吸附。另外，熱力學(xué)研究表明螯合泡塑吸附材料對Cd2+，Pb2+的吸附屬于自發(fā)、熵減的放熱過程，對于Hg2+的吸附屬于自發(fā)、熵增的吸熱過程。
　　(5)利用實驗所得參數(shù)，初步設(shè)計和計算了螯合泡塑處理重金屬離子工業(yè)廢水的工藝參數(shù)和條件，證實了此工藝的實際可行性。
　　本文合成的新型重金屬離子吸附材料尚未見報道，其具備低成本、環(huán)保、高效等優(yōu)點，合成工藝簡單，綠色環(huán)保，對水體中 C