【摘要】：隨著社會(huì)工業(yè)化的發(fā)展以及重金屬的開(kāi)采冶煉,越來(lái)越多的重金屬應(yīng)用到各種工業(yè)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)中來(lái),大量的重金屬?gòu)U水隨之產(chǎn)生,導(dǎo)致重金屬以離子形式進(jìn)入到生態(tài)環(huán)境中,并隨著生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)而不斷地進(jìn)行遷移、轉(zhuǎn)化、富集等。不僅對(duì)自然環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染破壞,同時(shí)對(duì)人類生存也是一項(xiàng)可見(jiàn)且影響長(zhǎng)遠(yuǎn)的威脅。因此,近年來(lái)經(jīng)濟(jì)高效的重金屬?gòu)U水處理技術(shù)研究逐漸成為來(lái)科研界的研究熱點(diǎn)。以陜西黃陵風(fēng)化煤為原材料,本著廢棄資源二次利用的目的,通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)分析研究,制備了一種改性腐植酸基樹(shù)脂吸附劑,并初步考察了該吸附劑對(duì)六價(jià)鉻(Cr(Ⅵ))的吸附效果,旨在探索一種可用于重金屬?gòu)U水處理且吸附性能優(yōu)良的吸附劑。實(shí)驗(yàn)從風(fēng)化煤煤樣中提取腐植酸(HA),包括活化預(yù)處理和堿溶酸析法制備兩個(gè)步驟。選取鹽酸濃度、活化時(shí)間、堿液濃度、固液比和沸水浴時(shí)間為主要影響因素設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn),最終確定腐植酸的最佳提取條件為:鹽酸濃度18%,活化時(shí)間25 min,堿液濃度0.8 mol/L,固液比1:12,沸水浴時(shí)間60 min。在此條件下經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,所得腐植酸提取率最高為48.17%。為改善腐植酸部分水溶性的特點(diǎn),利用高溫鈣化法對(duì)提取的腐植酸進(jìn)行改性,制備不溶性腐植酸(IHA)。通過(guò)熱重分析確定改性過(guò)程中最佳高溫溫度,然后選取高溫時(shí)間、Ca Cl2溶液濃度、Ca Cl2溶液浸泡時(shí)間、Na NO3溶液濃度為改性主要影響因素,設(shè)計(jì)一組正交實(shí)驗(yàn)并確定最佳改性條件為:高溫溫度為330℃,高溫時(shí)間90 min,Ca Cl2溶液濃度為2 mol/L,Ca Cl2溶液浸泡時(shí)間120 min,洗滌時(shí)所用的Na NO3溶液濃度為1 mol/L。在此條件下IHA的產(chǎn)率最高可達(dá)74.21%。最后利用交聯(lián)法制備改性腐植酸基吸附樹(shù)脂(IHA-PAA),并以Cr(Ⅵ)吸附量為指標(biāo),通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)研究合成條件對(duì)IHA-PAA吸附效果的影響。確定其最佳合成條件為:單體配比IHA:AA為3:40,MBA用量為0.5%,KPS用量為0.5%,Na OH中和度為60%。在此條件下制備的IHA-PAA對(duì)Cr(Ⅵ)的吸附量最高可達(dá)0.749 mg/g。為了考察外界因素的影響,實(shí)驗(yàn)選取p H、初始濃度和時(shí)間、吸附劑投加量、溫度、攪拌速度和粒徑為主要影響因素,研究并分析各個(gè)因素在不同條件下HA、IHA、IHA-PAA對(duì)Cr(Ⅵ)的吸附效果。結(jié)果表明:無(wú)論哪個(gè)因素,在相同條件下,IHA-PAA的吸附效果均優(yōu)于HA、IHA,且IHA-PAA的耐酸堿性、耐溫性能較HA、IHA均有所提高。對(duì)IHA-PAA進(jìn)行等溫吸附實(shí)驗(yàn),數(shù)據(jù)擬合結(jié)果表明,相對(duì)于Langmuir吸附等溫線模型,Freundlich吸附等溫線模型能夠更好地描述IHA-PAA對(duì)Cr(Ⅵ)的吸附行為;對(duì)IHA-PAA進(jìn)行吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn),數(shù)據(jù)擬合結(jié)果表明,擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型能夠較好地描述低濃度條件下IHA-PAA對(duì)Cr(Ⅵ)的吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程,擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型能夠較好地描述高濃度條件下的吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程。通過(guò)紅外光譜(FTIR)掃描電鏡(SEM)對(duì)HA、IHA、IHA-PAA三種吸附劑進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征,對(duì)比分析HA、IHA、IHA-PAA的結(jié)構(gòu)性能差異。FTIR結(jié)果表明,IHA中羥基等親水性基團(tuán)減少,疏水性增大,提高了其不溶性,有利于其單獨(dú)應(yīng)用,避免對(duì)水體造成污染;與IHA相比較,IHA-PAA中C=O等吸收峰增多,親水性增大,酚羥基、醇羥基、羧基基團(tuán)增多,增大了其吸附性能。SEM結(jié)果表明,經(jīng)過(guò)改性后的IHA表面變粗糙,且疏松分層,負(fù)載有分散的比較均勻的球狀小顆粒,吸附點(diǎn)位數(shù)量增加;IHA-PAA表面形成較多簇狀突起,排列有序,且簇狀突起之間有較多的孔洞結(jié)構(gòu)產(chǎn)生,因此顯著增大了其表面積,從而提高了其吸附性能。
【圖文】：

金屬離子生成水溶性絡(luò)合物或者不溶性沉淀物，通過(guò)氣泡上浮至水面而去除；溶取法，向廢水中添加萃取劑，利用溶解度差異使重金屬離子濃縮于萃取劑；微生凝法，向廢水中添加微生物絮凝劑，利用微生物及其活動(dòng)產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物使重金子形成絮凝沉淀；等等[29-32]。1.3 腐植酸及其研究應(yīng)用1.3.1 腐植酸結(jié)構(gòu)及性質(zhì)腐植酸（Humic Acid）是由動(dòng)植物遺骸經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間演變得來(lái)的化合物，主要元素有碳、氫、氧、硫等，其分子大小不同、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，沒(méi)有統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)，也不某種完整確定的化學(xué)式，因此性質(zhì)比較復(fù)雜。腐植酸大分子的基本結(jié)構(gòu)是芳環(huán)和脂環(huán)上連有羧基、羥基、羰基、醌基、甲氧基等官能團(tuán)（部分結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示）是這些基團(tuán)造成了腐植酸的多種性質(zhì)，如酸性、親水性、離子交換性、絡(luò)合能力高的吸附能力等[33-36]]，，并且在一定條件下還可以與其他物質(zhì)進(jìn)行絡(luò)合、硝化、磺氧化和氯化等反應(yīng)，從而影響環(huán)境生態(tài)平衡，它對(duì)環(huán)境中碳的循環(huán)，金屬離子和化合物的遷移轉(zhuǎn)化等都有重要影響。

圖 2-2 Cr(Ⅵ)標(biāo)準(zhǔn)曲線圖.2.5 吸附性能影響因素實(shí)驗(yàn)（1）pHpH 值是水溶液最重要的理化參數(shù)之一，也是影響吸附劑吸附特性的重要因素，對(duì)吸附劑的表面電荷以及溶液中離子的離子化程度都有重大影響，不同 pH 值中合成樹(shù)脂的吸附效果是其在不同酸堿環(huán)境實(shí)際應(yīng)用的主要考慮因素，因此實(shí)驗(yàn)成 IHA-PAA 進(jìn)行耐酸堿性測(cè)試。稱量 0.1 g 吸附劑分別放入配置好的 pH=346789、10 的 Cr(Ⅵ)溶液中，溶液體積均為 20 mL，濃度均為 5 mg/L，放溫磁力攪拌器上以一定溫度、速度攪拌吸附一定時(shí)間，吸附結(jié)束后，取吸附后溶定吸光度，計(jì)算得到不同 pH 下 IHA-PAA 對(duì) Cr(Ⅵ)的吸附量。（2）初始濃度和時(shí)間水溶液中金屬離子初始濃度和吸附反應(yīng)達(dá)到平衡所需時(shí)間可以直接影響到吸的吸附效率，吸附劑在不同初始濃度下所表現(xiàn)出來(lái)的吸附性能是其在不同初始濃境條件下是否被選擇的考慮因素之一。本實(shí)驗(yàn)分別稱取 0.1 gHA、IHA、IHA-PA其分別放入初始濃度為 1、2、3、4、5 mg/L 的 Cr(Ⅵ)溶液中，溶液體積均為 20 m
【學(xué)位授予單位】：西安工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X703

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2606018