新型磁性胺基修饰超高交联树脂的合成及其应用研究

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随着经济的发展,化工废水对环境的污染逐年加剧,其成分复杂、排放量大,严重危害生态安全和人类健康。目前,化工废水主要采用预处理与二级生化联用工艺进行处理,出水往往含有一些难以生物降解的有机物及有毒有害物质,需要进行深度处理。活性炭吸附法是一种常用的经济可行的深度处理工艺,但是其机械强度差,再生困难,难以重复利用。树脂吸附剂因其吸附容量大、机械强度高、再生能力强被广泛应用于水处理中。其中,具有双重功能的胺基修饰超高交联树脂,既能通过离子交换作用去除化工废水中的水溶性物质,又能通过吸附作用去除非极性有机污染物,在高浓度难降解有机化工废水的治理与资源化中得到广泛的应用推广。但是,该树脂处理采用固定床工艺,投资、运行费用相对较高,同时处理水量小,无法满足大水量水体处理的需要。近年来,澳大利亚Orica公司开发的磁性离子交换树脂MIEX(?)因其吸附速率快、易分离、操作简单等优点,打破了传统非磁性树脂所使用的固定床工艺处理水量小、能耗高的瓶颈,在饮用水、城市生活污水深度处理中得到了广泛的应用。目前,国内也有学者开发出磁性离子交换树脂材料(如NDMP等),但是这些材料都是通过离子交换作用对污染物进行去除,对于水体中非极性的物质去除效率低,因此难以应用于同时富含离子态和分子态污染物的化工废水处理中。至今未见有能够同时依靠离子交换与吸附协同作用的高比表面积磁性树脂材料。基于上述背景,本研究围绕化工废水深度处理的技术需求,开展新型磁性胺基修饰超高交联树脂的合成和应用研究,主要内容和结论如下:(1)采用悬浮聚合法,通过控制合成单体的种类、配比,探索合成路径,优化制备工艺,成功制备了同时具有高比表面积(>550 m2/g)和高交换容量(0.92~1.81 mmol/g)的磁性胺基修饰超高交联树脂,粒径分布在80~250μm,比饱和磁化强度为1.56~1.79 emu/g,磁分离性能良好。(2)以有机化工废水中两种典型的污染物4-硝基甲苯-2-磺酸(NTS)、2-硝基甲苯(o-MNT)为吸附质,系统考察了系列磁性树脂的吸附性能。研究发现,离子态污染物NTS的吸附量与树脂的总交换容量呈正相关,而影响分子态污染物o-MNT的吸附因素主要为树脂的比表面积、孔容及孔道结构。所合成的磁性胺基修饰超高交联树脂可以对两种吸附质均具有较好的吸附效果,同时在吸附速率上比NDA-88具有明显的优势。树脂对o-MNT的吸附主要为物理吸附,而对NTS的吸附则以化学吸附为主,同时物理吸附也起到协同作用。树脂对NTS吸附量受NaCl浓度影响不明显,对o-MNT的的吸附量吸附量随NaCl浓度的升高而略有增加。吸附-脱附实验显示,10个批次循环实验后,磁性胺基修饰超高交联树脂的吸附量几乎没有改变,具有良好的循环使用性能。(3)将系列磁性胺基修饰超高交联树脂应用于化工废水的深度处理,结果表明,在所合成的磁性胺基修饰超高交联树脂中,GMA30-1(BET比表面积:718 m2/g;交换容量1.49 mmol/g;平均孔径:4.17 nm)具有最优的吸附性能,通过吸附和脱附条件的优化,选择占处理水样的3%的树脂投加量为最佳投加量,同时选用乙醇与6% NaOH配比为4:6的混合溶液对树脂进行再生,经过8个批次的循环实验后,树脂仍能够达到稳定的处理效果,出水CODcr满足国家城镇污水处理厂污染物排放一级A标准。
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