【摘要】：隨著社會工業(yè)化的發(fā)展以及重金屬的開采冶煉,越來越多的重金屬應用到各種工業(yè)化生產環(huán)節(jié)中來,大量的重金屬廢水隨之產生,導致重金屬以離子形式進入到生態(tài)環(huán)境中,并隨著生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)而不斷地進行遷移、轉化、富集等。不僅對自然環(huán)境造成了嚴重的污染破壞,同時對人類生存也是一項可見且影響長遠的威脅。因此,近年來經濟高效的重金屬廢水處理技術研究逐漸成為來科研界的研究熱點。以陜西黃陵風化煤為原材料,本著廢棄資源二次利用的目的,通過一系列實驗分析研究,制備了一種改性腐植酸基樹脂吸附劑,并初步考察了該吸附劑對六價鉻(Cr(Ⅵ))的吸附效果,旨在探索一種可用于重金屬廢水處理且吸附性能優(yōu)良的吸附劑。實驗從風化煤煤樣中提取腐植酸(HA),包括活化預處理和堿溶酸析法制備兩個步驟。選取鹽酸濃度、活化時間、堿液濃度、固液比和沸水浴時間為主要影響因素設計正交實驗,最終確定腐植酸的最佳提取條件為:鹽酸濃度18%,活化時間25 min,堿液濃度0.8 mol/L,固液比1:12,沸水浴時間60 min。在此條件下經過反復實驗驗證,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,利用高溫鈣化法對提取的腐植酸進行改性,制備不溶性腐植酸(IHA)。通過熱重分析確定改性過程中最佳高溫溫度,然后選取高溫時間、Ca Cl2溶液濃度、Ca Cl2溶液浸泡時間、Na NO3溶液濃度為改性主要影響因素,設計一組正交實驗并確定最佳改性條件為:高溫溫度為330℃,高溫時間90 min,Ca Cl2溶液濃度為2 mol/L,Ca Cl2溶液浸泡時間120 min,洗滌時所用的Na NO3溶液濃度為1 mol/L。在此條件下IHA的產率最高可達74.21%。最后利用交聯(lián)法制備改性腐植酸基吸附樹脂(IHA-PAA),并以Cr(Ⅵ)吸附量為指標,通過正交實驗研究合成條件對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Cr(Ⅵ)的吸附量最高可達0.749 mg/g。為了考察外界因素的影響,實驗選取p H、初始濃度和時間、吸附劑投加量、溫度、攪拌速度和粒徑為主要影響因素,研究并分析各個因素在不同條件下HA、IHA、IHA-PAA對Cr(Ⅵ)的吸附效果。結果表明:無論哪個因素,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IHA-PAA進行等溫吸附實驗,數據擬合結果表明,相對于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Cr(Ⅵ)的吸附行為;對IHA-PAA進行吸附動力學實驗,數據擬合結果表明,擬一級動力學模型能夠較好地描述低濃度條件下IHA-PAA對Cr(Ⅵ)的吸附動力學過程,擬二級動力學模型能夠較好地描述高濃度條件下的吸附動力學過程。通過紅外光譜(FTIR)掃描電鏡(SEM)對HA、IHA、IHA-PAA三種吸附劑進行結構表征,對比分析HA、IHA、IHA-PAA的結構性能差異。FTIR結果表明,IHA中羥基等親水性基團減少,疏水性增大,提高了其不溶性,有利于其單獨應用,避免對水體造成污染;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、羧基基團增多,增大了其吸附性能。SEM結果表明,經過改性后的IHA表面變粗糙,且疏松分層,負載有分散的比較均勻的球狀小顆粒,吸附點位數量增加;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構產生,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合物或者不溶性沉淀物，通過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產生的代謝產物使重金子形成絮凝沉淀；等等[29-32]。1.3 腐植酸及其研究應用1.3.1 腐植酸結構及性質腐植酸（Humic Acid）是由動植物遺骸經過長時間演變得來的化合物，主要元素有碳、氫、氧、硫等，其分子大小不同、結構復雜，沒有統(tǒng)一的結構，也不某種完整確定的化學式，因此性質比較復雜。腐植酸大分子的基本結構是芳環(huán)和脂環(huán)上連有羧基、羥基、羰基、醌基、甲氧基等官能團（部分結構如圖 1-1 所示）是這些基團造成了腐植酸的多種性質，如酸性、親水性、離子交換性、絡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進行絡合、硝化、磺氧化和氯化等反應，從而影響環(huán)境生態(tài)平衡，它對環(huán)境中碳的循環(huán)，金屬離子和化合物的遷移轉化等都有重要影響。

圖 2-2 Cr(Ⅵ)標準曲線圖.2.5 吸附性能影響因素實驗（1）pHpH 值是水溶液最重要的理化參數之一，也是影響吸附劑吸附特性的重要因素，對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 值中合成樹脂的吸附效果是其在不同酸堿環(huán)境實際應用的主要考慮因素，因此實驗成 IHA-PAA 進行耐酸堿性測試。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間，吸附結束后，取吸附后溶定吸光度，計算得到不同 pH 下 IHA-PAA 對 Cr(Ⅵ)的吸附量。（2）初始濃度和時間水溶液中金屬離子初始濃度和吸附反應達到平衡所需時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。本實驗分別稱取 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
【學位授予單位】：西安工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X703

【參考文獻】

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本文編號：2606018