聚氨酯海绵负载聚苯胺吸附还原银(Ⅰ)、汞(Ⅱ)及铬(Ⅵ)离子的研究

作     者：张学芬 

作者单位：湖南师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨春明

授予年度：2012年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：聚氨酯海绵 聚苯胺 吸附-还原 Ag(Ⅰ) Hg(Ⅱ) Cr(Ⅵ) 

摘      要：水是人类生活和生产活动中不可缺少的物质,又是一种不可替代的宝贵资源。随着全球经济迅速发展,给人们带来经济利益的同时污染也在进一步加剧,其中重金属废水污染尤为突出。国内外众多研究者已经在重金属废水处理方面做了大量卓有成效的工作。目前采用聚苯胺及其复合物来处理含重金属离子废水的已有报道,但是将聚苯胺固载在海绵上用于处理含重金属离子废水的研究却未见报道。聚苯胺的分子结构特殊,分子链中具有丰富的氧化还原态,可以吸附或者还原部分重金属离子;聚氨酯海绵具有质轻及表面积大的特点,可以提高聚苯胺的分散性。本文主要采用原位聚合法将聚苯胺(PAn)固载于聚氨酯海绵(PUF)上制备了PAn/PUF二元复合物,并应用于吸附还原废水中的Ag(Ⅰ)离子、Hg(Ⅱ)离子及Cr(Ⅵ)离子的研究。论文主要取得了以下研究成果：(1)考察了聚苯胺负载量、介质pH值、温度、银离子溶液浓度以及振荡和静置等条件对聚氨酯海绵负载聚苯胺还原Ag(Ⅰ)离子效果的影响,并进行动力学分析推测其作用机理。结果表明溶液pH值大小是影响Ag(Ⅰ)离子还原效果的最主要因素。将不同浓度下银的还原数据按照一级反应方程拟合,发现整个过程符合一级动力学方程,分时间段考虑发现是由两个过程速率不同的一级反应组成,分析该过程可能是由液膜扩散过程与界面化学反应串联构成的混合控制过程。(2)主要考察了聚苯胺负载量、介质pH值、温度、Hg(Ⅱ)离子浓度等条件对吸附还原效果的影响,考察了材料的循环使用性能,并进行了动力学及热力学分析,推测了相关机理,最后采用模拟的含汞废水实验。结果表明,当聚苯胺在聚氨酯海绵上负载的质量分数达到3.67%时,Hg(Ⅱ)离子的最高去除率可达到99.96%,溶液pH值在4-8之间去除效果较好。用抗坏血酸处理之后的重复使用性能优于其它三种处理方法。PAn/PUF复合物吸附还原过程Hg(Ⅱ)离子的整体符合一级反应,分时间段拟合发现此过程是由过程速率不同的两个一级反应组成,10-60 min速率很快,60-720 min较慢,分析该过程可能是由物理吸附和化学还原作用共同控制完成。等温线拟合发现符合Freundlich吸附等温式。实验获得此过程的△H=31 kJ·mol-1,为吸热反应,升高温度有利于反应的进行,△G为负值说明此过程是自发进行,温度越高自发程度越高。模拟废水实验结果表明,在干扰离子浓度极高的条件下仍可达到工业用水排放标准。(3)主要考察了PAn/PUF复合物的制备条件,聚苯胺负载量、溶液pH值、温度、Cr(Ⅵ)离子溶液浓度等条件对吸附还原效果的影响,讨论材料的重复使用性能,并进行动力学及热力学分析和相关机理推测,最后模拟电镀含铬废水实验。结果表明,当聚苯胺在聚氨酯海绵上负载的质量分数达到5.83%, Cr(VI)离子最高移除率可达到99.99%,溶液pH值在2-7之间移除效果较好。PAn/PUF复合物用抗环血酸处理之后重复使用4次仍具有较高的去除效果。聚氨酯海绵负载聚苯胺吸附还原Cr(Ⅵ)离子的过程符合准二级动力学模型,说明该过程可能受化学吸附机理控制,等温线拟合符合Freundlich等温线。实验测得该过程的△H40 kJ·mol-1说明此过程有化学键的断裂,PAn/PUF复合去除Cr(Ⅵ)离子的过程不仅包含物理吸附作用还有化学还原作用,最后模拟废水实验效果佳。在废水处理技术中该方法操作简单,去除效率高,预期该复合材料在废水处理领域有潜在的使用价值。