高分子凝胶球吸附水中Cr2O72-的研究

摘要

海藻酸钠分子中含有大量的羟基和羧基,能够与多种二价阳离子形成聚合物,成膜成球性能好,还具有良好的热稳定性,其内部的多孔结构使得其成为是良好的吸附剂材料。本文通过海藻酸钠与CaCl2溶液、FeCl3溶液交联,形成凝胶微球,用来吸附水中的Cr2O72-,并讨论了,向其中添加高分子聚合物,聚乙烯醇、聚氧化乙烯两种物质共同形成凝胶球,用于去除废水中Cr2O72-,研究其去除效果及机理,从而开发出高性能的重金属去除剂。凝胶球吸附溶液中重金属离子的研究有助于利用凝胶球吸附技术处理工业废水,并为该领域的研究提供有益的参考。
　　 论文通过固定化条件对凝胶球特性的影响实验,海藻酸钠、海藻酸钠三种凝胶球对Cr2O72-的吸附实验,探讨了凝胶球的制备条件和对Cr2O72-的吸附条件对凝胶球吸附性能的影响,初步确定了吸附性能较好的凝胶球制作条件,并从吸附剂的物质特性和化学结构角度在一定程度上探讨了高分子凝胶球吸附溶液中重金属离子的吸附机理。
　　 在本文中讨论了制作海藻酸钠凝胶球的最佳条件,用浓度为2％的海藻酸钠溶液与浓度为5％的CaCl2溶液和浓度为2％的FeCl3溶液进行交联,得到的凝胶球弹性好,机械强度强;随着固定化时间的增加,凝胶球体积逐渐减小。将制得的海藻酸钠-聚乙烯醇和海藻酸钠-聚氧化乙烯两种凝胶相比较,得出海藻酸钠-聚乙烯醇凝胶球体积更小,紧密程度和机械强度更高。
　　 在海藻酸钠、海藻酸钠—聚乙烯醇和海藻酸钠—聚氧化乙烯三种凝胶球对Cr2O72-的吸附实验中得出:海藻酸钠钙凝胶球对Cr2O72-没有去除效果,海藻酸钠铁凝胶球对Cr2O72-有很好的去除率,但是因为与FeCl3溶液交联形成的铁凝胶球机械强度低,成球效果差,在试验操作中易破损,影响重铬酸根的去除效果与去除后的测定效果,开发研制了海藻酸钠钙—铁凝胶球。这种凝胶球在机械强度上远远好与铁凝胶球,并且在吸附能力上与铁凝胶球几乎相同,所以还将这种凝胶球应用在与聚氧化乙烯和聚乙烯醇的混合液凝胶球的制备上。实验表明:Cr2O72-去除率随凝胶球用量增加而增加,当凝胶球的用量控制在15-20mL时,Cr2O72-的去除率达到最高,大于20mL后,去除率不再有更大的变化。被吸附溶液pH值对凝胶球去除有较大的影响,为使Cr2O72-去除率达到最大,而又不至于使溶液中产生沉淀,溶液pH值控制在4-6之间为宜;溶液中凝胶球对Cr2O72-的去除反应较迅速,30min左右就完成了反应的80％,90min后反应趋于缓慢,基本达到吸附平衡;最优去除效果可达97％。三种凝胶球对Cr2O72-的吸附能力为:PEO-SA-Ca-Fe＞SA-PVA-Ca-Fe＞SA-Ca-Fe。
　　 在吸附机理的探讨部分中得出:由于海藻酸钠凝胶球物质结构的特殊性,其表面与内部所形成的大小不一的孔径增大了其吸附表面积,海藻酸钠钙—铁凝胶球表面的Fe3+与溶液中的Cr2O72-发生反应,生成Fe2(Cr2O7)3附着于凝胶球的表面从而从溶液中被去除,另一方面由于吸附剂含有羟基和羧基官能团,可能发生的反应有离子交换和络合反应。