论文部分内容阅读
随着工业技术的迅速发展，水体铬污染成为一个严重的环境问题。传统的处理方法有化学沉淀、离子交换、膜分离、电解和吸附等。其中，吸附法凭借其成本低廉、运行操作简便的特点，成为治理含铬废水的一项经济有效的技术。常见的吸附剂包括活性炭、工业副产物、农业废弃物、生物材料等，而廉价高效吸附材料的开发一直是相关研究的热点。近年来，聚苯胺被直接当作重金属离子吸附材料使用，并在环境保护领域亦显示出广泛的应用前景。为了有效地控制聚苯胺的团聚现象、增强其对水中六价铬的吸附性能，本论文通过共聚、掺杂两种方法对聚苯胺进行改性，并系统地研究了改性材料对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能、吸附机理及改性机理;同时，基于增加材料比表面积、便于回收的考虑，采用偶联+自组装法合成了一种新型的、具有核壳结构的漂珠/聚苯胺/铁氧体复合材料。本论文的主要研究内容与结论如下: (1)利用化学氧化法合成了一种新型的苯胺-2，4-二氨基酚共聚物(PADAP)，并通过静态吸附实验研究了该材料对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能。研究表明，该共聚物对废水中Cr(Ⅵ)的去除效果显著，该吸附过程为自发吸热反应，符合Langmuird等温线模型;其动力学行为符合准二级动力学方程。在室温条件下(25℃)，其最大吸附量为85.5mg/g。溶液pH值对吸附性能影响较大，pH=3～6范围内吸附效果较好。吸附后的共聚物可通过1.0mol/L HNO3洗液脱附，洗脱效率可达98％。结合傅里叶变换红外光谱（红外）、紫外可见光谱（紫外）、Zeta电位、X射线光电子能谱分析，该吸附过程以静电吸附和离子交换作用为主，并伴随有氧化还原反应。共聚物中的含氮官能团(-N*=、-NH·+-、-NH3+)，是吸附Cr(Ⅵ)的主要活性位点。 (2)通过在苯胺化学氧化聚合的过程中加入腐殖酸，可以得到聚苯胺/腐殖酸的复合物PAN/HA。诸多影响吸附过程的因素，如溶液pH、接触时间、离子强度、共存离子等，被用来考察复合物对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能。通过N2-吸附/脱附实验、红外、紫外、透射电子显微镜、X射线光电子能谱扫描等手段分析比较改性前后材料的变化，并探讨相关的改性机理和吸附机理。研究表明:该吸附过程符合Freudlich等温线模型，其动力学行为符合准二级动力学方程。离子强度和共存离子对吸附过程影响较大。腐殖酸的掺杂，可以在一定程度上修饰聚苯胺的形态，改善其团聚状况，并在pH3～7范围内提高其对Cr(Ⅵ)的吸附量。 (3)对漂珠表面进行偶联改性后，通过自组装法，可以将聚苯胺/铁氧体的复合物嫁接到漂珠上，从而合成一种新型的、具有壳核的铁磁性复合物HM/PAN/Fe3O4。通过扫描电子显微镜、红外、X射线粉末衍射、振动探针式磁强计等手段分析了材料的形貌、结构和磁性能。在这个过程中，虽然偶联剂(γ-氨丙基三乙氧基硅烷，KH550)对漂珠的晶型结构和磁性没有太大的影响，但它起到了桥连PAN/Fe3O4复合物和漂珠的关键作用;FeCl3既是苯胺共聚的氧化剂，又是合成铁氧体的氧化剂。研究表明:该复合物具有密度低、形貌可控、磁性优良的特点（室温下，饱和磁化度为8.32emu/g，矫顽力约为0），既能发挥聚苯胺对污染物的吸附性能，又便于实现对材料的回收。