纖維素基吸附材料的放大工藝及其應(yīng)用研究.pdf

1、隨著社會工業(yè)的飛速發(fā)展，人類對重金屬的開采、冶煉、加工及商業(yè)制造活動日趨頻繁，大量重金屬廢水被肆意排放到自然環(huán)境中，嚴(yán)重危及飲水安全，對環(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)工作亟待解決的問題。目前，應(yīng)用于重金屬廢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營成本高、操作復(fù)雜和二次污染等問題，而吸附法因其成本低、操作簡單等優(yōu)

2、點而受到眾多研究者的青睞。尋求一種價格低廉、制備過程簡單、可應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、對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)價值。
　　在前期研究的基礎(chǔ)上，本文將廢棄桑樹枝粉碎直接作為原料，丙烯酸（AA）和丙烯酰胺（AM）為單體，過硫酸銨（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，并將其用于對水中重金屬離子的分離回收。采用單因素實驗，

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、時間、初始重金屬離子濃度等環(huán)境因素對Cr(Ⅲ)、Cu(Ⅱ)、Co(Ⅱ)三種重金屬離子的吸附效果，建立其吸附動力學(xué)及等溫線模型，并考察金屬離子的競爭吸附性能與樣品的再生性能。實驗取得研究成果如下：
　　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)境下對去離子水、自來水、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程符合偽二級動力學(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小時后的保水率分別達(dá)90.5％、63.7％，當(dāng)壓強(qiáng)為30 Kpa時，保水能力為80％左右，說明樣品具有良好的保水能力；采用土壤浸提液測定其降解性能發(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)對照樣14％的降解率，說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重金屬離子的吸附行為研究
　　通過考察樣品用量、離子溶液初始濃度、PH、溫度等因素對吸附性能的影響，探究金屬離子的競爭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，樣品對金屬離子的吸附量也隨之增加，主要是pH增大時，降低了靜電斥力的作用。體系的溫度對金屬離子的吸附量沒有明顯影響，說明樣品對氣溫具有普適性；樣品對重金屬的吸附量隨著時間的增加而逐漸增加，隨后Cr(Ⅲ)、Cu(Ⅱ

7、)、Co(Ⅱ)基本都能在14h時達(dá)到平衡，在同等條件下樣品對三種金屬離子吸附量的大小為：Cu(Ⅱ)＞Cr(Ⅲ)＞Co(Ⅱ)。金屬離子吸附過程符合偽二級動力學(xué)模型，說明樣品對金屬離子的吸附屬于化學(xué)吸附；樣品對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；金屬離子競爭吸附實驗表明三種金屬離子的競爭優(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6次吸附-解吸附循環(huán)后仍能保持最初吸附量的81.2％，說明樣品具有理想的再生性能。
　　本文在前期研究的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)纖維素基吸附材料的50倍放大生產(chǎn)，對后續(xù)工業(yè)生產(chǎn)具有現(xiàn)實參考價值。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)