功能化硅胶吸附材料的制备及其对水溶液中Pd(Ⅱ)吸附性能的研究

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贵金属钯具有耐高温、抗腐蚀性强及优良的催化活性,被广泛用于石油化工、电子电器、航空及汽车尾气净化等领域。我国钯及其合金储量较少、价格昂贵,而需求量急剧增加,因此加强钯二次资源的回收利用特别重要。吸附法因具有有机溶剂消耗少,操作简单,选择性高等优势被广泛应用于回收二次资源中的钯,特别是以硅胶为基质制备出对钯具有良好吸附性能的吸附剂已成为该领域的研究热点。  目前,研究主要集中在寻找对钯具有配位能力的新型有机试剂修饰硅胶表面,而较少关注功能化硅胶材料的制备过程及吸附选择性。本文在制备功能化硅胶材料的研究中更加注重嫁接过程的优化,提出一种相对简单、高效及环保的修饰方法,并结合表面离子印迹技术制备出对Pd(Ⅱ)具有高选择性与结合能力的印迹材料。同时以功能化硅胶为研究对象,系统地探讨了改性硅胶吸附水溶液中Pd(Ⅱ)的静态与动态吸附特征。  首先,研究采用新型乙醇介质合成法制备出氨基硫脲改性硅胶吸附剂(SG-TSC-E),利用红外光谱(FT-IR)、比表面积(BET)、热重(TG)、X-射线粉末衍射(XRD)与扫描电镜(SEM)等分析技术对SG-TSC-E的性质进行表征,进一步研究了SG-TSC-E对Pd(Ⅱ)的动态与静态吸附性能,并采用X-射线光电子能谱(XPS)对该过程的吸附机理进行分析。研究发现,与传统甲苯介质合成法相比,新型乙醇介质合成法合成的SG-TSC-E对水溶液中Pd(Ⅱ)的吸附性能得到大幅度提升。吸附动力学符合二级速率方程,颗粒内扩散与化学反应机理共同影响着吸附过程。Langmuir等温吸附方程能够较好地描述Pd(Ⅱ)在SG-TSC-E上的吸附平衡,且热力学研究表明该吸附为自发、吸热及熵值增加的反应过程。此外,Thomas模型能够准确地反应SG-TSC-E对Pd(Ⅱ)的动态吸附过程特征,降低吸附柱高度、增加流速与初始Pd(Ⅱ)浓度将使吸附柱穿透加快,穿透时间缩短。  其次,实验将新型乙醇介质合成法与表面离子印迹技术结合制备出对Pd(Ⅱ)具有高选择性的印迹材料(ⅡP-abadole/SG),利用FT-IR、BET、TG与SEM等分析技术对ⅡP-abadole/SG的性质进行表征,深入探讨了ⅡP-abadole/SG对Pd(Ⅱ)的静态、动态吸附性能及吸附选择性,并应用XPS对ⅡP-abadole/SG的印迹原理进行分析。研究发现,与NIP-abadole/SG相比,ⅡP-abadole/SG对Pd(Ⅱ)具有较强地识别能力与优良的亲和性。吸附平衡数据符合Langmuir等温吸附方程,ⅡP-abadole/SG与NIP-abadole/SG对Pd(Ⅱ)的饱和吸附量分别为1.256 mmol g-1和1.058 mmol g-1。吸附动力学数据遵守二级速率方程,颗粒内扩散与化学反应共同控制着吸附机理,通过计算热力学参数可得出该吸附为自发、吸热和熵值增加的反应过程。此外,研究发现穿透曲线强烈依赖实验条件,在其它实验条件不变的情况下,流速与进水初始Pd(Ⅱ)浓度越大,吸附柱高度越低,可使吸附柱穿透加快,穿透时间缩短,且Thomas模型能够准确地描述ⅡP-abadole/SG对Pd(Ⅱ)的动态吸附过程特征。
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