氨基功能化聚合物纳米球的合成、固定化及对水中Cr(Ⅵ)的高效去除

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本论文合成了两种氨基功能化聚合物纳米吸附剂:纳米球(APNs)及中空半球(HAPNs),系统地研究了APNs、HAPNs对重金属Cr(Ⅵ)的吸附去除能力与吸附机理。通过静电纺丝技术,将APNs纳米材料固定化,以突破纳米材料在实践水处理工程应用中回收困难的应用瓶颈并系统地研究固定化后的纳米复合材料APNs/Fiber对Cr(Ⅵ)的静态吸附性能,初步探讨了复合材料在实际流动废水过程中对Cr(Ⅵ)的吸附行为。  本论文首先在amine-St(o)ber体系中一步法合成氨基功能化的APNs、HAPNs。通过SEM、TEM、BET、FTIR、XPS、TGA等分析手段对材料的基本结构和物理化学性质进行了全面的表征。由表征结果可知APNs为单分散的实心纳米颗粒,HAPNs为中空纳米半球。APNs、HAPNs的热稳定性良好,同时也表现出较好的结构稳定性,当溶液pH小于10时,材料表面的功能基团N未见流失,亦能在浓度较高的CH3COONa弱碱溶液中保持稳定。  论文系统地研究了APNs和HAPNs对重金属Cr(Ⅵ)的吸附性能。吸附结果显示:在APNs和HAPNs两种吸附体系中,较低的溶液pH值有利于Cr(Ⅵ)离子的吸附;吸附等温线符合Langmuir模型,吸附动力学符合二级动力学模型;此外,HAPNs的吸附性能优于APNs; APNs、HAPNs的最大吸附量分别为732mg/g,800mg/g;当投加量为0.5g/L时,APNs在10min内达到吸附平衡,而HAPNs在5min内即能达到吸附平衡;APNs与HAPNs回用5次依旧能保持良好的吸附性能,表现出优异的可回收利用性;APNs、HAPNs的吸附机理为:材料首先通过静电吸附将Cr(Ⅵ)吸附到材料表面,与此同时功能基团-NH-将Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ)并络合至材料表面。  固定化材料APNs/Fiber表现出与APNs类似的静态吸附特性和机理,吸附容量为556mg/g;动态吸附实验结果表明APNs/Fiber固定床可以对Cr(Ⅵ)深度吸附,当进水浓度为10mg/L时,以工业污水排放标准0.2mg/L为限值,废水处理量可达4590BV,展现出优异的吸附性能。
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