微波辅助改性螯合纤维的制备及其对水中cu2+吸附性能研究

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1、硕士学位论文微波辅助改性螯合纤维的制备及其对水中Cu2+吸附性能研究STUDYONPREPARATIONOFCHELATINGFIBERSWITHMICROWAVEIRRADIATIONAND2+ITSADSORPTIONPERFORMANCEFORCUIONINWATER王喜哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号:X703学校代码:10213国际图书分类号:628密级:公开工学硕士学位论文微波辅助改性螯合纤维的制备及其对水中Cu2+吸附性能研究硕士研究生：王喜导师：王鹏教授申请学位：工学硕士学科：环境科学与工程所在单位：市政环境工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈

2、尔滨工业大学ClassifiedIndex:X703UniversityCode:10213U.D.C:628SecretLevel:PublicDissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONPREPARATIONOFCHELATINGFIBERSWITHMICROWAVEIRRADIATIONAND2+ITSADSORPTIONPERFORMANCEFORCUIONINWATERCandidate:WangXiSupervisor:Prof.WangPengAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEn

3、gineeringSpeciality:EnvironmentalSci.andEng.Affiliation:SchoolofMuni.andEnv.EngDateofDefence:June,2015Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要采矿、冶金、电镀等工业生产中常会产生大量含重金属废水，进入到河流等水体中后会对水体环境和生物体带来严重危害。近年来，我国重金属突发性水污染事故频发，吸附法因其高效、简单、无二次污染等优点而在处理重金属污染领域受到广泛关注。因此，快速、高

4、效的合成具有高吸附容量、良好稳定性且适合现场施用的螯合纤维吸附材料，对开发一种行之有效的重金属污染应急处置技术，高效应对突发性重金属污染具有重要意义。本文以聚丙烯腈纤维为基体，通过两步接枝反应，先后以二乙烯三胺和氯乙酸钠为接枝剂，微波辅助加热制备了胺化-羧甲基化螯合纤维。用正交实验和单因素实验对制备条件进行优化，并采用傅里叶红外光谱分析（FT-IR）、元素分析（EA）、力学性能分析等方法对改性前后的纤维进行结构和性能表征。实验结果表明，胺化纤维的最佳制备工艺为：反应温度115℃，反应时间30min，二乙烯三胺与去离子水体积比为2:1，在最佳工艺条件下制得增重率为44-50%的胺化纤

5、维；羧甲基化反应的最佳条件为：反应温度105℃，反应时间20min在此条件下得到增重率为21-25%的胺化-羧甲基化纤维。相比传统加热法，本实验方法大幅度缩短了改性时间，同时纤维改性效果也得到一定提升。利用微波加热对纤维进行化学改性对其结构破坏较小，改性后仍具有良好的机械性能，能满足实际应用的需求。以Cu2+为研究对象，系统地考察了温度、pH、溶液初始浓度、吸附时间等工艺参数对改性纤维静态吸附Cu2+性能的影响，并在最佳工艺参数条件下，考察了螯合纤维对其他常见二价重金属离子的吸附性能。利用HNO3对吸附饱和的纤维进行再生，探讨其重复利用性能。研究发现，在一定范围内，改性纤维对Cu2

6、+的吸附能力随溶液的pH和温度的升高而增加。在15℃和近中性条件下，改性后纤维对Cu2+的吸附量在15min内达到饱和吸附容量（103.36mg·g-1）的一半，相较于原纤维，吸附能力提高近30倍。胺化-羧甲基化纤维吸附Cu2+的过程符合Freundlich等温模型和准二级反应动力学方程，以化学吸附为主。室温条件下，改性纤维对Hg2+、Pb2+、Cd2+、Ni2+、Zn2+等重金属离子也具有较好的吸附能力。再生脱附实验结果表明，0.5mol·L-1的HNO3能很好的对吸附饱和后的纤维进行再生，吸附/解吸附10次后，饱和吸附容量仍能恢复至首次的80%以上，具有很好的实际应用潜力。利用

7、自制吸附柱装置，对改性纤维处理含Cu2+废水的动态工艺进行研究，考察进样浓度、流速和吸附柱柱高对穿透曲线的影响及再生液浓度和流速对吸-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文附柱再生效果的影响。动态实验结果表明，将100mg·L-1的含铜废水以10mL·min-1的流速流过柱高为10cm的改性纤维固定床时，能取得较好的运行效果。Thomas模型和BDST模型均能较好的拟合并预测改性纤维处理含Cu2+废水的动态吸附过程，为改性纤维实际应用于突发重金属水污染事故中提供可靠的设计