超支化聚酰胺修饰海藻酸钠微球的制备及其对印染废水中Sb(Ⅲ)的吸附性能研究

摘要

随着涤纶织物的广泛应用，涤纶纤维内残留的锑系催化剂在后续染整过程中大量释放，造成印染废水中重金属锑含量超标，已严重危及水体安全和人们身体健康。因此，开发高效、低成本以及适用于重金属锑处理的方法显得尤为迫切。吸附法是业内公认综合效能较佳的重金属锑处理方法之一，其中吸附剂是决定高效能吸附的关键。为此，论文以海藻酸钠(SA)为基材，以自制的超支化聚酰胺(HA)为改性剂，制备超支化聚酰胺改性海藻酸钠(HA@SA)微球吸附剂，提高SA微球对重金属Sb(Ⅲ)的吸附量，用于高浓度Sb(Ⅲ)印染废水处理;在此基础上，结合离子印迹技术制备Sb(Ⅲ)印迹海藻酸钠(Sb(Ⅲ)-SAⅡP)微球吸附剂，提高SA微球对重金属Sb(Ⅲ)的选择性，用于低浓度Sb(Ⅲ)印染废水处理。具体研究内容和结果如下: (1) HA@SA微球的制备及其对Sb(Ⅲ)吸附性能的研究 以SA为基材，采取先制备微球再接枝功能基团的策略，以CaCl2为交联剂制备SA微球，再以自制的HA为改性剂，制备HA@SA微球吸附剂。研究HA用量，反应温度和反应时间等因素对所制备的HA@SA微球吸附性能的影响，优化HA@SA微球的制备条件。采用FT-IR、SEM-EDS、XPS等多种测试手段表征HA@SA微球吸附前后结构的变化。其次，通过静态批次吸附实验，研究溶液pH、吸附剂用量、Sb(Ⅲ)初始浓度、吸附温度以及吸附时间等因素对HA@SA微球吸附性能的影响。通过吸附动力学、等温线和热力学研究，探讨HA@SA微球的吸附机理。通过动态柱吸附实验，研究废水流速以及Sb(Ⅲ)初始浓度对HA@SA微球吸附性能的影响。最后，通过吸附-解吸实验，研究HA@SA微球的可再生性能。结果表明:HA@SA微球的最佳制备条件是HA用量为SA质量的0.5倍，反应温度为40℃，反应时间1h;HA@SA微球吸附Sb(Ⅲ)的最佳pH为5.0。HA@SA微球对Sb(Ⅲ)的最大吸附量可达186.92 mg/g，是SA微球(95.94mg/g)的1.95倍。Sb(Ⅲ)吸附过程符合准二阶动力学模型和Langmuir等温线模型，吸附过程主要是由化学吸附机理控制的均相单层吸附，放热且可自发进行。动态柱吸附实验中，低流速，低浓度的Sb(Ⅲ)废水能够获得较好的处理效果。8次吸附-解吸后，HA@SA微球对Sb(Ⅲ)吸附能力仍能保留原有的90％以上。 (2) Sb(Ⅲ)-SAⅡP微球的制备及其对Sb(Ⅲ)吸附性能的研究 在HA@SA微球的基础上，以Sb(Ⅲ)为模板离子，以戊二醛为交联剂，采用离子印迹技术制备Sb(Ⅲ)-SAⅡP微球吸附剂，用于复杂水体中低浓度重金属Sb(Ⅲ)的深度处理。研究交联剂用量、反应温度、反应时间等因素对Sb(Ⅲ)-SAⅡP微球选择性的影响，优化Sb(Ⅲ)-SAⅡP微球的制备条件。通过批次吸附实验，结合吸附等温线模型、动力学模型以及热力学对Sb(Ⅲ)-SAⅡP微球的吸附量、吸附动力学以及吸附热力学进行研究，并考察其对重金属Sb(Ⅲ)的选择性。通过吸附-解吸实验，研究Sb(Ⅲ)-SAⅡP微球的可再生性能以及选择性稳定性。结果表明:Sb(Ⅲ)-SAⅡP微球的最佳制备条件是交联剂（2wt％戊二醛溶液）用量为SA的等质量，反应温度为60℃，反应时间为2h。Sb(Ⅲ)-SAⅡP微球吸附Sb(Ⅲ)的最佳pH为5.0，吸附等温线显示与Langmuir模型最佳匹配，Sb(Ⅲ)-SAⅡP微球和非离子印迹超支化聚酰胺改性海藻酸钠(NIP)微球的最大吸附量分别为35.57和23.39mg/g。吸附动力学符合准二阶动力学模型，吸附过程是自发的放热过程。选择性吸附研究表明Sb(Ⅲ)-SAⅡP微球对Sb(Ⅲ)具有良好的吸附亲和力和选择性。8次吸附-解吸后，Sb(Ⅲ)-SAⅡP微球对Sb(Ⅲ)吸附能力仍能保留原有的85％以上，且对重金属Sb(Ⅲ)的选择性也较为稳定。 研究表明:采取先制备微球再接枝功能基团的策略，采用超支化聚酰胺改性SA微球，有效改善了SA微球对重金属Sb(Ⅲ)的吸附能力，满足高浓度Sb(Ⅲ)印染废水处理的需求;在HA@SA微球的基础上，采用离子印迹技术制备Sb(Ⅲ)-SAⅡP微球吸附剂，有效改善了SA微球对重金属Sb(Ⅲ)的选择性，可用于复杂水体中低浓度重金属Sb(Ⅲ)的深度处理。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1研究背景及意义

1．2印染废水中锑的危害及处理方法

1．2．1印染废水中锑的来源与危害

1．2．2废水中重金属锑的处理方法

1．3海藻酸钠吸附材料的研究进展

1．3．1海藻酸钠

1．3．2海藻酸钠的化学改性

1．3．3海藻酸钠作为吸附材料去除重金属的研究

1．4离子印迹技术

1．4．1离子印迹技术原理

1．4．2离子印迹聚合物的制备方法

1．4．3锑离子印迹聚合物

1．5本课题的研究意义、内容和创新点

1．5．1本课题的研究意义

1．5．2本课题的研究内容

1．5．3本课题的创新点

参考文献

第二章超支化聚酰胺改性海藻酸钠微球的制备及其对Sb(Ⅲ)吸附性能的研究

2．1引言

2．2实验药品与仪器

2．2．1实验药品

2．2．2实验主要仪器

2．3实验方法

2．3．1超支化聚酰胺改性海藻酸钠(HA@SA)微球的制备

2．3．2静态批次吸附实验

2．3．3动态柱吸附实验

2．3．4吸附-解吸再生实验

2．4测试与表征

2．4．3 X射线光电子能谱(XPS)测试

2．5结果与讨论

2．5．1优化HA@SA微球的制备条件

2．5．2测试表证

2．5．3溶液pH对吸附Sb(Ⅲ)的影响

2．5．4吸附剂用量对吸附Sb(Ⅲ)的影响

2．5．5 Sb(Ⅲ)初始浓度与吸附等温线

2．5．6吸附时间与吸附动力学

2．5．7吸附温度与吸附热力学

2．5．8动态柱吸附实验

2．5．9吸附-解吸再生实验

2．5．10吸附位点分析

2．6本章小结

参考文献

第三章Sb(Ⅲ)印迹海藻酸钠微球的制备及其对Sb(Ⅲ)吸附性能的研究

3．1引言

3．2实验药品和仪器

3．2．1实验药品

3．2．2试验主要仪器

3．3实验方法

3．3．1 Sb(Ⅲ)印迹海藻酸钠(Sb(Ⅲ)-SAIIP)微球的制备

3．3．2批量吸附实验

3．3．3选择性吸附实验

3．3．4解吸和再生实验

3．3．5测试表征

3．4结果与讨论

3．4．1优化Sb(Ⅲ)-SAIIP微球的制备条件

3．4．2测试表证

3．4．3溶液pH的影响

3．4．4吸附等温线

3．4．5吸附动力学

3．4．6吸附热力学

3．4．7吸附选择性

3．4．8重复使用性能

3．4．9吸附性能的比较

3．5本章小结

参考文献

第四章结论与展望

4．1研究结论

4．2展望

致谢

附录