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(jī)理研究.pdf

1、鎘、汞、鉛是環(huán)境中具有強(qiáng)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(duì)動(dòng)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(yán)重危害動(dòng)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(duì)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(duì)鎘、汞、鉛處理開發(fā)一種經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)保的新型吸附材料，并運(yùn)用多種表征手段和測(cè)試方法對(duì)其物化性能及其吸附性能與機(jī)理進(jìn)行探討研究。
　　本文的研究思路、理論依據(jù)及主要研究?jī)?nèi)容要點(diǎn)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(diǎn)，雙硫腙分子(H2D2)具有對(duì) 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(tuán)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(shí)間，物料比以及溫度因素對(duì)雙硫腙接枝率的影響，獲得了最佳合成條件，對(duì)接枝前后的聚氨酯泡沫塑料樣品紅外光譜圖進(jìn)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(jiǎn)單且雙硫腙接枝率高達(dá)96.51％的螯合泡塑吸附材料。
　　(2)對(duì)螯合泡塑(grafted PU)靜態(tài)吸附水體中Cd2+,Hg2+,Pb2+性能和機(jī)理進(jìn)行研究，

4、通過單因素（溶液 pH，接枝時(shí)間，物料比、溫度及共存離子）實(shí)驗(yàn)，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(duì) 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(dá)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(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的重金屬離子排放限值，遠(yuǎn)低于排放要求。常見離子對(duì)吸附過程的影響可忽略不計(jì)。本文探討了酸洗法對(duì)負(fù)載三種離子的螯合泡塑的靜態(tài)洗脫性能，表明負(fù)載Cd2+、Pb2+的螯合泡塑洗脫效果良好，洗脫率達(dá)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(jìn)一步地研究。
　　(3)采用吸附柱法，考察了動(dòng)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(dòng)態(tài)飽和吸附量較

6、接近于靜態(tài)飽和吸附量，同時(shí)動(dòng)態(tài)洗脫峰較集中，脫附率較高。
　　(4)利用FT-IR和EDS對(duì)吸附前后螯合泡塑進(jìn)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(duì)吸附結(jié)果進(jìn)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(jī)理。吸附動(dòng)力學(xué)研究表明二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)能更好地描述整個(gè)吸附過程及離子間的擴(kuò)散是主

7、要控速步驟。計(jì)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(duì)Cd2+，Pb2+的吸附屬于自發(fā)、熵減的放熱過程，對(duì)于Hg2+的吸附屬于自發(fā)、熵增的吸熱過程。
　　(5)利用實(shí)驗(yàn)所得參數(shù)，初步設(shè)計(jì)和計(jì)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(shí)了此工藝的實(shí)際可行性。
　　本文合成的新型重金屬離子吸附材料尚未見報(bào)道，其具備低成本、環(huán)保、高效等優(yōu)點(diǎn)，合成工藝簡(jiǎn)單，綠色環(huán)保，對(duì)水體中 C