秸秆复合高吸水树脂重金属离子和染料吸附性能研究

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随着工业的发展,重金属及染料废水的排放给环境带来了巨大的压力。寻求一种资源丰富且环境友好型吸附剂已成为未来废水处理的一个重要研究方向。秸秆是一种富含纤维素和木质素的天然高分子材料,纤维素分子链上有大量的羟基、羧基等活性基团,通过对秸秆适当的改性,引进新的功能性官能团,可作为一种绿色吸附剂用于重金属及染料废水的处理。本论文合成了植酸改性秸秆复合高吸水树脂,探讨了不同聚合合成条件和不同的吸附条件下植酸改性秸秆复合高吸水树脂对重金属离子及阳离子染料吸附性能的影响,研究了秸秆复合高吸水树脂重金属离子及阳离子染料的吸附热力学和吸附动力学,采用SEM、FTIR、光学显微镜对秸秆复合高吸水树脂的结构和形貌进行了表征,探讨了植酸改性秸秆复合高吸水树脂对重金属离子及阳离子染料的吸附机理,得到了重金属离子和阳离子染料吸附性能优良的植酸改性秸秆复合高吸水树脂,可广泛应用于重金属及染料废水的环境污染治理。主要研究结果如下:1.探讨了植酸改性秸秆含量、植酸接枝率、引发剂用量、交联剂用量、衣康酸中和度、衣康酸/丙烯酰胺质量比等聚合反应参数对秸秆复合高吸水树脂吸附重金属离子吸附性能的影响。当植酸改性玉米秸秆含量10%,植酸接枝率11.91%,引发剂含量1.6%,交联剂用量0.4%,衣康酸中和度65%,衣康酸/丙烯酰胺质量比30:70时,合成的复合高吸水树脂对重金属离子的吸附容量分别达到最大值。2.探讨了植酸改性秸秆含量、引发剂用量、交联剂用量、衣康酸中和度等聚合反应参数对秸秆复合高吸水树脂阳离子染料吸附性能的影响。当植酸改性玉米秸秆含量10%,引发剂用量1.6%,交联剂用量0.4%,衣康酸中和度65%时,合成的复合高吸水树脂阳离子染料的吸附容量分别达到最大值。3.研究了吸附时间、pH、重金属离子及阳离子染料初始浓度、吸附温度等吸附条件对秸秆复合高吸水树脂吸附重金属离子和阳离子染料吸附性能的影响,发现秸秆复合高吸水树脂对重金属离子和阳离子染料的吸附容量随时间的增长而增加。重金属离子和阳离子染料的吸附容量随pH值的增大而增大;秸秆复合高吸水树脂阳离子染料的吸附容量随温度的升高而增加,吸附速率随温度增加而加快;随着重金属离子和阳离子染料初始浓度的增加,秸秆复合高吸水树脂重金属离子和阳离子染料的吸附容量增大但增幅趋缓。当铜离子、亚甲基蓝和甲基绿初始浓度为1400mg/L时,铜离子、亚甲基蓝和甲基绿吸附容量分别达到1073mg/g、1317mg/g和890mg/g。4.秸秆复合高吸水树脂亚甲基蓝的吸附过程符合朗格缪尔吸附模型,铜离子和甲基绿的吸附过程符合弗里德里希方程。铜离子和阳离子染料吸附过程是自发的,且吸附主要是吸热的化学反应,吸附过程符合准二级动力学模型。5.红外光谱表征结果表明所合成的复合高吸水树脂具有植酸改性玉米秸秆结构单元、NVP单元、IA单元和AM单元,得到了目标产物-植酸改性秸秆复合高吸水树脂。6. SEM图表明秸秆复合高吸水树脂表面充满了微孔,有大量的凹槽和孔隙,有利于重金属离子及阳离子染料溶液快速进入秸秆复合高吸水树脂的内部,有利于秸秆复合高吸水树脂对重金属离子及阳离子染料分子的吸附。
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