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近年来,新型吸附剂在废水处理方面得到了广泛关注。其中各种黏土矿物、具有三维网络结构和印迹模板吸附剂成为研究的热点。为了进一步改善黏土矿物的吸附性能,对凹凸棒黏土进行了碾磨处理,采用十六烷基三甲基溴化铵对累托石进行了改性,制备了膨润土/凹凸棒黏土复合物,考察了以上各种矿物吸附剂对染料的吸附性能;系统开展了具有三维网络结构的壳聚糖-g-聚丙烯酸/黏土(蛭石、黑云母和埃洛石)和羧甲基纤维素-g-聚丙烯酸/凹凸棒黏土复合水凝胶的吸附性能研究;合成了聚二甲基二烯丙基氯化铵/聚丙烯酰胺阳离子水凝胶,采用离子印迹结合浸润方法制备了改性壳聚糖水凝胶,在结构表征的基础上,开展了吸附性能研究,探讨了可能的吸附机理。取得的主要研究结论如下:
1.凹凸棒黏土经过碾磨处理后,比表面积、微孔面积和微孔体积明显增加,但外比表面积和总的孔体积几乎未发生变化。与未经碾磨处理的凹凸棒黏土相比,经过4次碾磨处理后对亚甲基蓝的吸附量从89.21mg/g增加到111.78mg/g,提高了25.30%。十六烷基三甲基溴化铵改性累托石后,对刚果红的吸附量明显提高,当累托石的有机率为10.65wt%时,其吸附量达到129.86mg/g,与累托石相比提高了9倍。在凹凸棒黏土中复合膨润土可提高对亚甲基蓝的吸附量,当加入质量百分比为10wt%的膨润土时,复合物的吸附量提高了90.55%,且可在较宽的pH值范围内应用。
2.在壳聚糖-g-聚丙烯酸/黏土(蛭石、黑云母和埃洛石)复合水凝胶吸附亚甲基蓝体系中,实验结果发现:焙烧后的蛭石复合到水凝胶中有较高的吸附量。当加入质量百分比为30wt%500℃焙烧的蛭石制备的复合水凝胶,30℃时,其吸附量比未焙烧蛭石制备的复合水凝胶提高了16.44%;当加入质量百分比为10wt%黑云母制备的复合水凝胶,其吸附量与壳聚糖-g-聚丙烯酸相当;采用响应曲面法对壳聚糖-g-聚丙烯酸/埃洛石复合水凝胶吸附工艺进行了回归分析和参数优化。当加入质量百分比为10wt%未焙烧的蛭石、黑云母、埃洛石制备的复合水凝胶,对亚甲基兰的吸附量分别为1388.16、2002.49和1704.03mg/g,该结果说明不同的黏土对三维网络复合水凝胶的吸附量有一定影响。
3.当加入质量百分比为5wt%凹凸棒黏土时,羧甲基纤维素-g-聚丙烯酸/凹凸棒黏土复合水凝胶对亚甲基蓝的吸附量与羧甲基纤维素-g-聚丙烯酸的接近,达到1934.92mg/g,其吸附过程主要是通过静电吸引和离子交换实现的。当加入质量百分比为5wt%的凹凸棒黏土时,复合水凝胶对pb2+离子和Cu+离子的吸附量分别达到954.22mg/g(4.61mmol/g)和297.19mg/g(4.68mmol/g)。研究表明复合水凝胶对Pb2+离子和Cu2+离子的吸附主要是通过羧基基团的络合作用和离子交换实现的,对pb2+离子的吸附量要低于Cu2+离子,但对Pb2+离子的吸附受溶液pH值的影响较小。
4.聚二甲基二烯丙基氯化铵/聚丙烯酰胺(PDMDAAC/PAM)阳离子水凝胶对阴离子染料刚果红有较高的吸附量。当PDMDAAC与AM的质量比为1∶10和3∶10时制备的水凝胶对刚果红的吸附量分别达到171.29和274.42mg/g,且吸附过程几乎不受溶液pH值的影响。与直接交联的壳聚糖水凝胶相比,采用浸润和离子印迹结合浸润方法制备的改性的壳聚糖水凝胶对Cu2+离子的吸附量分别提高了12.73%和23.09%;该吸附剂可以用稀盐酸实现对Cu2+离子的脱附,具有较好的重复再利用性能。