新型合成聚合物重金属离子吸附剂及其吸附性能_黄美荣

酸 P 2 0 羟乙酯 !2 0 )QMR " 和甲基丙烯酸 0 ! 0 羟乙 酯 !! 0 )QMR "% 其分子结构如下 (
01* 2 01 !013"04401501541 ’
!% ( 1678 "
015 2 01 !013"04401 !41 "013$
!5 ( )QMR "
24
工业水处理 *++( % +,#*( %I&
黄美荣 !等 "新型合成聚合物重金属离子吸附剂及其吸附性能 含螯合基团的#吸附性能改善显著#因为螯合剂往往带 有氨基’亚氨基’磺酸基等多种活性基团%见图 I&$ 另 外 # 先 引 入 乙 二 胺 %;#!& 还 有 利 于 引 入 更 多 的
!= #$%&’(& ! I !) " 等用这两种异构体分别合成得到
1* ! *$ 这些吸附剂的吸附速度也较快 % 平衡吸附时间一般在 8" 19: 左右 % 有的甚至只有几分钟 $ 新型聚合物重金属
离子吸附剂在水处理工业中具有广阔的应用前景 $ ! 关键词 " 聚合物吸附剂 ’ 重金属离子 ’ 吸附性能 ! 中图分类号 " /847’#7";62 ! 文献标识码 " $ ! 文章编号 " %&&’ ( )*+# !*,,5""2 ( ,,%- ( ,4
离子的动态吸附特性 $ 通过调节适当的金属离子溶液 的流速 ’ 初始金属离子浓度以及溶液 E: 值等条件 # 得 到 改 性 :;<! 聚 合 物 微 珠 在 室 温 下 对 C3 % ! &’
C3 %! & ,- %! & ,7 %! & :? %! &
F"I IF"@ IH"H J"@
@"JG H"F+ IF"*B G"H@
由于空间位阻的影响 $)%6$%& !%7+ 8! 的引入量明显 少于双硫腙 $:;*<) ) 4:<) 共聚微珠也主要是通 过活性基团的络合或螯合而进行的化学吸附 * 表A 图A 螯合剂 )%6$%& !%7+ 8! 分子结构 图5 双硫腙分子结构
:;*<)-4:<) 共聚物微珠在 50 # 下对 12 ! O 级重金属离子的静态吸附性能
第 55 卷第 2 期 5,,5 年 2 月
工业水处理
:;<=>?@ABC DB?E@ F@EB?GE;?
HICJ*5 KIL2 S@:L%*&&5
新型合成聚合物重金属离子 吸附剂及其吸附性能
黄美荣 !李新贵 !彭前云
!同济大学材料学院混凝土材料研究实验室材料化学研究所"上海 !"""#!#
! 摘要 " 阐述了新型聚合物重金属离子吸 附 剂 的 合 成 与 改 性 及 其 对 水 溶 液 中 $% ! ! "#&’ ! ! "#$( ! ! "#)* ! ! " 等重金属离子的吸附性能 $ 这些聚合物重金属离子吸附剂对低浓度的重金属离子表现出了较好的吸附能力 % 其中聚 合物吸附剂 &+),-./0$//) 对 1* ! " 级的 &’!!"&$%!!"&)*!!"的最大吸附量分别为 !2234 1* ! *&2556" 1* ! *&2476!
! 基金项目 " 国家自然科学基金项目 % 编号 (5,59-,3,
物 %如聚苯乙烯基树脂 &硅胶基树脂等 $ 笔者着重报 道了近年来研究的几种新型合成高聚物对重金属离 子的吸附性能 % 为进一步研究和开发重金属离子吸 附剂提供有意义的参考 $
2
甲基丙烯酸羟乙酯聚合物吸附剂 甲基丙烯酸羟乙酯有两种异构体 % 即甲基丙烯
溶液有较好的去除能力 $ 考虑到成本因素#!= #$%&’(&!I!2"等还做了解吸附研
6= ./(&O ! @# & " 等 通 过 悬 浮 聚 合 方 法 # 制 备 得 到 二
%甲基丙烯酸&乙二醇酯 % 甲基丙烯酸羟乙酯 %;9#<!’:;<! & 共聚微珠 #并对共聚物微珠表面进 行了改性 # 分别引入螯合剂 !(P/(& 6(7$ G6 ! ( "和双硫 腙 %-&0O&’5%$& ! & "# 并 用 于 研 究 其 重 金 属 离 子 吸 附 性
注 (Q 对 "? " N 级重金属离子的吸附数据 $
B 2"G I+"F IB"G
I"+ @"@ +*"2 JH"B
I"I H"@ *F"2 GI"B
*"* *"J IG"* M
B"@ *"G IH"H M
!" #$%&’(& ! ) ! * "等还研究了多种重金属离子的竞
争吸附对吸附性能的影响 # 结果表明竞争吸附普遍 导致了各重金属离子吸附容量的下降 # 甚至改变了 吸附剂对单组分重金属离子吸附的亲和力顺序 # 如 表 + 所示 $ 而且在竞争吸附中 # 对 ,-%!& 的吸附容 量变化最大 $
!* "
,-%! & M M
:?%! & M M
M+
,7 %! & @"*Q G"FQ
++"* +*"2
活性化合物引入量 " %>>5( ) > &
M+
I*G"+Q IJ2"+Q
:<#! M C%, M -wenku.baidu.com/0 &
膜状吸附剂
!* "
吸附容量 " %>>5( ) > &
1 %* M -./0 &! , " .20 M 1 %* M -./0 &! , " ,&3/415% 6(7$ 8*9! " .20 M 1 %* M -./0 &! , " ,&3/415% 6(7$ 8*9! M C %*%-./0 &! * "
微粒和薄膜状聚合物 # 并利用化学改性方法通过羟 基在聚合物表面引入活性化合物 # 如乙二胺 %;#! &’ 六 亚 甲 基 二 胺 %:<#! &’,&3/415% 6(7$ 8*9! % 鳌 合 剂 & 等 # 以进一步改善 :;<! 聚合物的重金 属 离 子 吸附性能 $ :;<! 聚合物对重金属离子的吸附是明 显的化学吸附 # 其主要是通过活性基团与重金属离 子发生络合或螯合等作用而吸附水溶液中的重金属 离子 $ 由表 I 可见 #:;<! 聚合物吸附剂不管是粒 状还是膜态 # 都表现了较好的吸附性能 $ 其中含有活 性氨基或活性螯合物基团的聚合物比含有羟基的未 改性聚合物具有更好的重金属离子吸附性能 #尤其是 表I
注 ( 金属离子质量浓度 @B "? " N #E: 值 J=B #+B $ $
+
二 ! 甲基丙烯酸 " 乙二醇酯 % 甲基丙烯酸羟乙酯 共聚物吸附剂
,- % ! &’ D% % ! &’ ,7 % ! & 等 离 子 的 最 大 动 态 吸 附 容 量 分 别 是 FB=GB ">5( " ? ’ HG=HF ">5( " ? ’ IB*=HF ">5( " ?’JF=*G ">5( " ? $ 它对较低浓度的重金属离子
!"#$% &’()*$&+,$- ."%’/$0 &"012()& 3"0 *24#’ /2)5% +"(& 5(6 +)& 56&"0.)+"( .203"0/5(72
)(@:* M.9GC:*% K9 N9:*(9 %&.:* O9@:,(: !!"#$%$&$’ () *+$,-%+.# /0,1%#$-2% 3$+$, 4,2 5+6(-+$(-2 () 7("8-,$, *+$,-%+.# 9,#,+-80% /(..,:, () *+$,-%+.# ;8%,"8, < =":%",,-%":% >(":?% @"%A,-#%$2% 30+":0+% !"""#!% 70%"+" !"#$%&’$(<=. >,:?=.>9> @:% A=.19A@B 1C%9D9A@?9C: CD :CE.B FCB,1.G >CG’.:?> DCG =.@E, 1.?@B 9C:> % >(A= @> $% !! "% &’ ! ! "%$( ! ! "%)* ! ! " 9: @H(.C(> >CB(?9C:> % @G. %9>A(>>.%6 <=.>. FCB,1.G >CG’.:?> F.GDCG1 =9*=.G A@F@A9?, ?C G.1CE. =.@E, 1.?@B I9?= BCI AC:A.:?G@?9C:% B9J. 1* . K% .E.: "* . K6 -CG .L@1FB.% ?=. 1@L91(1 @%>CGF?9C: A@F@A9?9.> CD &’ ! ! "% $% ! ! "% )* ! ! " ’, &+),-./ /$//) @G. !2264 1* . *% 2556" 1* . * % 2476! 1* . *% G.>F.A?9E.B,6 <=. @%>CGF?9C: G@?. 9> D@>? @:% ?=. .H(9B9’G9(1 @%>CGF?9C: ?91. 9> @’C(? 8" 19:% CG >C1.?91.> 9> .E.: >.E.G@B 19:(?.>6 <=. FCB,1.G DCG @%>CGF?9C: CD =.@E, 1.?@B 9C:> I9BB ’. ?=. :CE.B >CG’.:?> I9?= *G.@? FC?.:?9@B %.E.BCF1.:? 9: I@?.G ?G.@?1.:? 9:%(>?G,6 ()* +,%-#(FCB,1.G >CG’.:? ’ =.@E, 1.?@B> 9C:> ’ @%>CGF?9C: F.GDCG1@:A.
I@
专论与综述 能 * )J*+,&-%& !+ "等用同样的方法制备得到 :;*<) )
工业水处理 ./// ) 0F$./ %F&
4:<) 共聚微珠 $ 并且同样是用螯合剂 )%6$%& !%7+ 8! 来作表面改性 $ 以改善其重金属离子吸附性能 * 这 些 :;*<) ) 4:<) 共 聚 微 珠 的 粒 径 都 在 F/0 , 500 "1 * 从 表 A 可 知 $ 引 入 双 硫 腙 比 引 入 螯 合 剂 )%6$%& !%7+ 8! 的改性效果要更好 % 两者分子结构如 图 5 和图 A 所示 &$ 这主要与前者的引入量大有关 *
,&3/415% 6(7$ 8*9!# 其引入量达到 I+=F >>5( " >+!I "# 而直接引入 ,&3/415% 6(7$ 8*9! 则为 IB=G >>5( " >+!*"# 因 而 ,&3/415% 6(7$ 8*9! " ;#! M :;<! 聚 合 物 吸
附剂表现出更好的吸附性能 $
金属离子
.//0&(/1 ! 2 "等还合成了 ,&3/415% 6(7$ 8*9! 改性 的 :;<! 聚合物微珠 # 其 ,&3/415% 6(7$ 8*9! 引入 量 为 ++=* ">5( " ?# 粒 径 为 )@A ! +BB "># 并 重 点 研 究了该吸附剂对 C3 %! &’,-%! &’D% %! &’,7 %! & 等
图I
螯合剂 ,&3/415% 6(7$ 8*9! 的分子结构
:;<! 聚合物在 +B $ 下对 >? " N 级重金属离子吸附 GB >&% 后的静态吸附性能
活性化合物引入量 " %"? ) ?MI& 最大吸附容量 " %>? ) ?MI&
颗粒状吸附剂
C3 %! & ;#! M C %I M :;<!&
活性化合物引入量 ! %"2 2PF& 最大吸附容量 ! %12 29F& 吸附时间 !
当前许多工业生产过程都会产生大量含有毒重 金属的工业废水 %如电镀 & 冶金 & 金属精加工 &采矿等 工业生产 $ 根据美国环保机构的分类 %铅 &汞和镉的 毒性很大 % 是要首先去除的一类重金属 $ 多年来 % 人 们不断地开发 & 改进治理重金属离子废水的方法和 技术 $去除废水中有害重金属的方法有硫化法 & 化学 沉淀法 & 膜过滤法 & 絮凝法 & 溶剂萃取法以及吸附法 等 %其中吸附法以其独特优势而渐渐引起人们注意 $ 吸附法中的关键材料是吸附剂 % 重金属离子吸附剂 有很多 % 涉及范围也很广 % 既有天然矿物 %如沸石 & 高 岭石等无机材料 % 也有天然高聚物 % 如丹宁类 & 木质 素类 & 壳聚糖类等 % 还有人工合成的或改性的聚合
究#发现用 B=I >5( " # :KL* 作提洗液效果比较好#在多 次循环解吸附后#吸附剂吸附能力没有明显下降$ 表+
,&3/415% 6(7$ 8*9! " ;#! M C!+ M :;<!"
薄膜竞争吸附比较 #I $
非竞争吸附容量 " %>>5( ) >M+& 竞争吸附容量 " %>>5( ) >M+&